РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ

ТЕХНОЛОГИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ГЛЮКОЗЫ

Г л а в а I

ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГЛЮКОЗЫ

При производстве кристаллической глюкозы самой важной операцией является выделение ее из очищенного и уваренного сиропа в виде кристаллов. Глюкоза плохо выкристаллизовывается из насыщенных и пересыщенных растворов. Для выделения ее из сиропа в кристаллическом виде процесс кристаллизации необходимо проводить с тщательным соблюдением всех факторов, влияющих на данный процесс. В противном случае получить глюкозу в чистом виде не удастся, так как кристаллы трудно будет отделить от маточного раствора. Правильно проведенный процесс кристаллизации влияет на выход кристаллической глюкозы. Чем лучше и глубже проведен процесс кристаллизации, тем больше будет выход глюкозы.

Чтобы глюкоза начала выкристаллизовываться, необходимо уваривать глюкозный сироп до оптимальной плотности с последующим охлаждением до определенной температуры.

При растворении вещества концентрация раствора увеличивается и наступает момент, при котором она остается постоянной. Такой раствор называется насыщенным, а концентрация растворенного в нем вещества —— растворимостью этого вещества в данном растворителе. Глюкозные сиропы в производственных условиях не являются чистыми водными растворами глюкозы, а содержат некоторое количество других органических и минеральных веществ.

В присутствии несахаров в заводских глюкозных сиропах растворимость глюкозы больше, чем в чистой воде, т. е. с уменьшением доброкачественности сиропов растворимость глюкозы незначительно, но возрастает.

Для подсчетов растворимость выражают в килограммах безводной глюкозы, растворяющейся при данной температуре в 100 ке или в 1 ке воды.

В табл. 1 приведены данные зависимости растворимости глюкозы от доброкачественности сиропов при температуре 40℃, взятые из работы С. Ф. Ралля и Т. В. Семеновой.

Таблица 1

Доброкачествен - ность глюкозы, %

Количество весовых частей безводной глюкозы, рас-' творяемое в одной весовой части воды

Коэффициент насыщения

100

1,62

1,000

90

1,66

1,024

80

1,71

1,056

70

1,75

1,080

Коэффициент насыщения зависит, кроме того, и от температуры. По данным тех же авторов, при растворении в воде безводной глюкозы с доброкачественностью 70% зависимость коэффициента насыщения от температуры выражается следующими величинами:

Температура* ℃

Коэффициент насыщения

32

1,06*

36

1,07

40

1,08

55

1,11

Степень пересыщения раствора характеризуется коэффициентом пересыщения (см. стр. 61—62).

Растворимость глюкозы с понижением температуры уменьшается, вследствие чего насыщенный раствор глюкозы становится пересыщенным.

Большинство зарубежных стран глюкозу называют декстрозой, ввиду правого вращения плоскости поляризации. Глюкоза по классификации углеводов относится к моносахаридам7гексо- зам, так как содержит шесть углеродных атомов. Исследованиями установлено, что в растворах d-глюкоза существует в трех взаимопревращающихся формах, две из них являются циклическими.

Если наблюдать за удельным вращением водного раствора d-глюкозы, то обнаруживается, что оно начинает изменяться сразу же после растворения глюкозы, достигая лишь через некоторое время постоянной величины. Это явление называется мутаротацией. Были получены в основном две формы d-глюкозы ——a-d-глюкоза с удельным вращением + 113° и p-d-глюкоза с удельным вращением + 19°. При растворении в воде первой формы d-глюкозы удельное вращение понижается и достигает постоянной величины 4- 52,5°. Удельное вращение водных растворов второй формы, наоборот, постепенно возрастает и останавливается на той же величине.

Для глюкозы и ее растворов признается существование еле* дующей равновесной системы, где в альдегидной форме находится весьма незначительное количество глюкозы:

О

н—с*—он 1

Н—С*—он

.НО—с*—н

Н—С*—ОНН—с*—он

НО—Н О 7

I но—с*—н 工 НО—с*—н с

н—С*~он

Н

н-с*-он н-с*—он

н—онн—с*

1 СН2ОН

аглюкоза

СН2ОНСН2ОН

d -глюкозаВ - d - глюкоза

При растворении в воде любой из форм глюкозы происходит мутаротация и в растворе устанавливается равновесие а- и p-форм глюкозы. Скорость, с которой устанавливается равновесие, зависит от температуры и каталитического действия щелочей. При температуре 18 ℃ мутаротация в глюкозном растворе заканчивается за 24 ч, а при температуре кипения для этого требуется всего несколько минут.

Прибавление к раствору небольшого количества аммиака приводит к моментальному установлению равновесия между а- и p-формами глюкозы. '

Раствор глюкозы представляет собой смесь трех ее форм: альдегидной, присутствующей в незначительных количествах, и Двух кольцевых аир, находящихся в состоянии подвижного равновесия.

Мутаротация глюкозы——один из факторов, от которых зависит скорость кристаллизации глюкозы. Объясняется зто тем, что в пересыщенных заводских глюкозных сиропах, подвергающихся кристаллизации, имеются а- и p-формы глюкозы, которые выкристаллизовываются только в виде а-формы. Поэтому после выделения части глюкозы из пересыщенного раствора равновесие в растворе нарушается, и чтобы следующая очередная порция глюкозы перешла из раствора в кристаллическое состояние, такое же количество ее из избыточной P-формы должно перейти в a-форму. Чем скорее будет протекать такой переход и вновь создаваться равновесие, тем меньше этот процесс будет задерживать выкристаллизовывание а-глюкозы. На скорость мутаротации глюкозы не оказывают влияния ни примеси несахаров, ни концентрация растворов, ни pH сиропов, который в пределах 3,8—5,7 влияет незначительно. Наибольшее влияние на константу скорости мутаротации глюкозы в заводских глюкозных сиропах оказывает темпера-

тура, например при 40 ℃ длительность мутаротации глюкозы равна 172 мин. ,

Как было сказано выше, основная цель технологического процесса производства кристаллической глюкозы ——получение максимально возможного выхода глюкозы в виде кристаллов высокого качества. На процесс кристаллизации большое влияние оказывает растворимость глюкозы и вязкость глюкозных сиропов. Растворимость глюкозы в воде достаточно высокая, и она быстро растет с повышением температуры. Исследованиями установлено, что из водных насыщенных и пересыщенных рас-

Рис. 1. Гидратная глюкоза.Рис. 1. Гидратная глюкоза.Рис. 2. Ангидридная глюкоза.Рис. 2. Ангидридная глюкоза.

Рис. 1. Гидратная глюкоза.

Рис. 1. Гидратная глюкоза.

Рис. 2. Ангидридная глюкоза.

Рис. 2. Ангидридная глюкоза.

творов в температурном интервале 0,5—50℃ выкристаллизовывается глюкоза в моногидратной форме С6Н]20б • Н2О, так как при таких температурах существует устойчивое равновесие между насыщенным раствором и твердой фазой. В температурном интервале 50—90 ℃ выкристаллизовывается ангидридная глюкоза С6Н]2О6.

Кристаллы гидратнрй глюкозы (с одной молекулой кристаллизационной воды) относятся к моноклинической системе н представляют собой тонкие гемиморфные пластинки (рис. 1)；

Гидратная глюкоза имеет относительную плотность 1,5714. Молекулярная масса 198. Точка плавления находится между 86—90 ℃.

Кристаллы ангидридной глюкозы (рис. 2) относятся к ромбической системе и представляют собой удлиненные призмы с концевыми гемигедральными поверхностями.

Ангидридная глюкоза имеет относительную плотность 1,5384. Молекулярная масса 180. Точка плавления 146—147 ℃.①орма кристаллов глюкозы и особенно их правильность зависят от ряда условий： роста кристаллов в покое или в движении, доброкачественности кристаллизуемого сиропа, температуры, при которой протекает кристаллизация, а также степени пересыщения кристаллизуемого раствора.

Форма кристаллов при производстве кристаллической глюкозы в заводских условиях имеет весьма важное значение, так как утфель только с нормальными кристаллами дает возмож-

ность отделить межкристальный оттек и промывать глюкозу в центрифугах.

В глюкозных растворах, даже сильно пересыщенных, пе наблюдается самопроизвольное образование центров крисгал- лизации, если их не подвергать перемешиванию, встряхиванию или если в них не попадают частички пыли, или готовых кристаллов глюкозы.

Следовательно, чтобы вызвать кристаллизацию глюкозного раствора, недостаточно одного пересыщения, необходимо введение в том или ином количестве кристаллов глюкозы в качестве затравки. Поэтому при кристаллизации глюкозных сиропов всегда оставляют в кристаллизаторах от предыдущей кристаллизации утфельную массу с нормальной формой кристаллов. Обычно при установившейся работе завода оставляется в качестве затравки 30% утфеля. Попавшие в пересыщенный глюкозный раствор готовые кристаллы глюкозы начинают расти. Число кристаллов увеличивается в результате разрушения по трещинам, имеющимся на кристаллах глюкозы, более крупных кристаллов на мелкие. Образовавшиеся мелкие кристаллы также начинают расти и по достижении определенного размера вновь разрушаются.

Между весом кристалла и его поверхностью существует зависимость (см. стр. 65).

Во время кристаллизации при переходе глюкозы из раствора в твердое состояние выделяется определенное- количество тепла. По данным С. ①.Ралля, 1 г-мол гидратной глюкозы выделяет при кристаллизации 4,72 ккал, а 1 г-мол ангидридной глюкозы 2,36 ккал.

В производстве кристаллической глюкозы большое значение имеет вязкость глюкозных сиропов. С увеличением вязкости затрудняется фильтрация сиропов, увеличивается пенение сиропов, снижается коэффициент теплопередачи при уваривании и охлаждении и т. д. Особо важную роль играет вязкость сиропов при кристаллизации и центрифугировании утфелей.

Выше было сказано, что с повышением температуры увеличивается растворимость глюкозы, а это способствует росту вязкости раствора.

Вторым фактором повышения вязкости является доброкачественность глюкозных сиропов. Чем ниже доброкачественность, тем выше вязкость. Поэтому при производстве кристаллической глюкозы особые требования предъявляются к качеству крахмала, к правильному ведению процесса осахаривания крахмала, к строгому поддерживанию pH при нейтрализации сиропов по всему верстату и тщательной механической и химической очистке сиропов.

Готовая кристаллическая глюкоза должна быть белого цве

та без посторонних примесей.

Глава I I

ПРИМЕНЕНИЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ГЛЮКОЗЫ В ОТРАСЛЯХ ПИЩЕВОЙПРОМЫШЛЕННОСТИ

Кристаллическая глюкоза является продуктам осахаривания крахмала соляной кислотой. Товарная крметаллическая глюкоза, выпускаемая промышленностью, содержит от 8 до 9,1 % влаги. Содержащаяся в глюкозе влага связана с кристаллами и называется кристаллизационной водой. При высушивании глюкозы удаляется поверхностная влага и остается кристаллизационная.

Доброкачественность глюкозы составляет не менее 99,5% к сухим веществам. Сладость глюкозы равна 50—60% сладости свекловичного сахара, а поэтому она не применяется для подслащивания чая и кофе. При производстве некоторых изделий это имеет свои преимущества, так как, обладая нежным сладким вкусом, глюкоза не маскирует аромат фруктовых соков и напитков. Поэтому она находит широкое применение в производстве мороженого, сгущенного молока, фруктовых консервов, бисквитов, в хлебопечении и кулинарии.

Однако из-за крайне небольшого объема производства глюкоза в СССР применяется лишь в медицинской промышленности, в производстве витамина Сив небольшом количестве в пищевой промышленности. В США кристаллической глюкозы выпускается свыше 400 тыс. г в год, т. е. в 200 раз больше на душу населения, чем в СССР. Продажная цена на глюкозу в США, обычно, на 20—25% ниже цены на свекловичный сахар.

В США около 350 тыс. т глюкозы используется в основном при производстве пищевых продуктов. Крупнейшим потребителем кристаллической глюкозы в США является хлебопекарная промышленность. Так, в 1950 г. было использовано 58% всей выпущенной глюкозы в хлебопечении. С каждым годом количество потребляемой кристаллической глюкозы в хлебопечении возрастает. По мнению американских специалистов, хлеб, выпеченный с добавлением глюкозы, лучше, чем хлеб, приготовленный с добавлением сахара. Таким образом, в хлебопечении создается возможность сахар заменить глюкозой. Чтобы создать нормальные условия для ускорения брожения, в тесто добавляют глюкозу, тем самым /дрожжи обеспечиваются готовыми легко сбраживаемыми углеводами. Наилучшим продуктом по сбраживанию является кристаллическая глюкоза.

Увеличение производства кристаллической глюкозы в США в течение последних 20 лет было связано с увеличением количества применяемой глюкозы в хлебопечении и в других отраслях пищевой промышленности.

Преимущество применения глюкозы в хлебопечении заклю-

чается не только в том, что тесто быстро и полно сбражи* вается, но и в том, что корка хлебных изделий становится блес- тящей золотисто-коричневой, мякиш имеет равномерную пористость, хороший вкус и долго сохраняет свежесть.'

Кроме того, применение глюкозы в хлебопечении имело своей целью снижение стоимости хлеба благодаря более низкой цене глюкозы, чем свекловичного сахара.

В кондитерском производстве глюкоза используется в смеси с сахаром при изготовлении мягких конфет, шоколада, печенья, крекеров, кексов.

Глюкоза также широко применяется при производстве алкогольных напитков — пива, вина, ликеров. Так, например, по сравнению с довоенным периодом расход глюкозы в США на эти цели увеличился на 77%.

Потребление глюкозы в производстве безалкогольных напитков возросло в 9 раз по сравнению с довоенным временем и достигло 22 тыс. т в год.

Применение глюкозы в смеси с патокой при производстве консервов, замороженных фруктов и джемов увеличилось в послевоенные годы в 6 раз.

Количество глюкозы в консервном и вареньеварочиом производстве возросло до 12% от общего количества сахаристых веществ.

В производстве мороженого и молочных продуктов очень долго сахар составлял более 90% всех сахаристых веществ. В настоящее время в производстве мороженого применяется глюкоза в смеси с сахаром. В фруктовых сортах мороженого процент глюкозы и патоки выше, чем в сливочном, это объясняется тем, что их применение повышает качество мороженого, придавая ему вкус фруктов и сохраняя при этом аромат.

Кристаллическая глюкоза выпускается в виде таблеток, плиток и конфет, а также в мелкой расфасовке.

Ниже приводится перечень продуктов, при выработке которых применяется глюкоза, и нормы их потребления (в процентах к общему количеству потребляемого сахара):

В хлебопечении

Бисквиты . . . . •• , •0—100

Крекеры0—100

Хлеб . . . ЮО

Пирожные 50

В производстве газированных напитков

Сиропы . . . * 20

Кола 20

Темное пиво 30

В кондитерском производстве

25-10025-100Кувертюр

25-100

25-100

В консервном производстве

Фруктовые консервы 33

Овощные консервы•. 25—50

Соки 33—100

Консервированные сосиски 100

Консервированная свинина• 100

В производстве сухих смесей

Желатина . 30—40

Пудинги 50

Пектин* •・• •10。

В производстве алкогольных напитков

Эль• 100

Пиво •• •10。

Ликеры ,25—50

Вина . ЮО

В производ стве прочих продуктов

Добавки в сухое молоко • 25

Варенье, 20

Джем 20

Мармелад .• • ■20

Мороженое . . а . .• 25—33

Молочный шоколадный напиток 50—100

Г л а в a 111СУЩЕСТВУЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВАКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ГЛЮКОЗЫ

Принципиальная схема производства

Основными технологическими процессами глюкозного производства являются:“

очистка крахмала и приготонление крахмальной суспензии;

гидролиз крахмала;

нейтрализация сиропа;“

очистка сиропа от нерастворимых примесей крахмала, нерастворимых солей, образующихся при нейтрализации, а также от красящих и других растворимых веществ;

сгущение сиропа;

охлаждение сиропа и кристаллизации глокозы;

центрифугирование и сушка готового продукта；

переработка оттеков.

Для выработки глюкозы пригоден картофельный, кукурузный, пшеничный и любой другой крахмал хорошего качества.

Гидролизовать крахмал можно соляной, серной или щавелевой кислотой, а также ферментативным методом.

Способы и технологические схемы производствакристаллической глюкозы

На отечественных заводах глюкозу производят из кукурузного крахмала гидролизом соляной кислотой (рис. 3).

Црахмальнаасуспензия 、Црахмальнаасуспензия 、СолянаякислотаСолянаякислота• Мерн豊Сода '-~^0сах с к 5а тельНейтрализатора~^леро(ий、^號纟您• Мерн豊Сода '-~^0сах с к 5а тельНейтрализатора~^леро(ий、^號纟您Аттомит^亂 инАттомит^亂 инФильтРЬ!ФильтРЬ!融 niu6uPO6QH・ ный уголь 1Ко 就интнь应 сборник Фильтры融 niu6uPO6QH・ ный уголь 1Ко 就интнь应 сборник ФильтрыСмыб^и Пар 'CSQPHU.KФильтрыСмыб^и Пар 'CSQPHU.KФильтры\zСборник\zСборникВодаВодаСолянаяСоляная/ И кислота Мерник Оца^ари^атель一 Сода Нейтрализатор/ И кислота Мерник Оца^ари^атель一 Сода НейтрализаторОтработанный угольОтработанный угольВыпарка ^онтаитный сборник Филь^пршВыпарка ^онтаитный сборник Филь^пршСарнии 厂 угольной сусаензпиСарнии 厂 угольной сусаензпи^тантный一 二而ОРННК- ФильтрыГ^^^еольнояI грязи быпарна^тантный一 二而ОРННК- ФильтрыГ^^^еольнояI грязи быпарнаВонтактнь应. сборки -ФильтруВонтактнь应. сборки -Фильтруe能跳而• 北q加e能跳而• 北q加^онтп^тнй/й сборникФильтры^онтп^тнй/й сборникФильтры

Црахмальнаасуспензия 、

Црахмальнаасуспензия 、

Солянаякислота

Солянаякислота

• Мерн豊

Сода '-~^0сах с к 5а тель

Нейтрализатора~^леро(ий、^號纟您

• Мерн豊

Сода '-~^0сах с к 5а тель

Нейтрализатора~^леро(ий、^號纟您

Аттомит^亂 ин

Аттомит^亂 ин

ФильтРЬ!

ФильтРЬ!

融 niu6uPO6QH・ ный уголь 1

Ко 就интнь应 сборник Фильтры

融 niu6uPO6QH・ ный уголь 1

Ко 就интнь应 сборник Фильтры

Смыб^и Пар '

CSQPHU.K

Фильтры

Смыб^и Пар '

CSQPHU.K

Фильтры

\z

Сборник

\z

Сборник

Вода

Вода

Соляная

Соляная

/ И кислота Мерник Оца^ари^атель

一 Сода Нейтрализатор

/ И кислота Мерник Оца^ари^атель

一 Сода Нейтрализатор

Отработанный уголь

Отработанный уголь

Выпарка ^онтаитный сборник Филь^прш

Выпарка ^онтаитный сборник Филь^прш

Сарнии 厂 угольной сусаензпи

Сарнии 厂 угольной сусаензпи

^тантный

一 二而ОРННК

- Фильтры

Г^^^еольноя

I грязи быпарна

^тантный

一 二而ОРННК

- Фильтры

Г^^^еольноя

I грязи быпарна

Вонтактнь应. сборки -Фильтру

Вонтактнь应. сборки -Фильтру

e能跳而• 北q加

e能跳而• 北q加

^онтп^тнй/й сборник

Фильтры

^онтп^тнй/й сборник

Фильтры

ФильтрыФильтрыФильт'рыФильт'ры

Фильтры

Фильтры

Фильт'ры

Фильт'ры

Вакуум-аппаратВакуум-аппаратХолодильникХолодильникВакуум-ап паратВакуум-ап парат

Вакуум-аппарат

Вакуум-аппарат

Холодильник

Холодильник

Вакуум-ап парат

Вакуум-ап парат

ЦристиллизаторЦристиллизаторЦентри^уеи^豔总一^I ^^~^белая патоиа CywL л1га-~^Раст6ор 党切曲3、t ной Гф[ли Риссвб殮 р〃УпаМкаЦентри^уеи^豔总一^I ^^~^белая патоиа CywL л1га-~^Раст6ор 党切曲3、t ной Гф[ли Риссвб殮 р〃УпаМкагидратной . кристаллически глюкозыгидратной . кристаллически глюкозыклеРоВочный сборникклеРоВочный сборникХилиОиаьник кристаллизатор > llennipu^yeu■Шелтош Гидрол 6 сахар цистерныХилиОиаьник кристаллизатор > llennipu^yeu■Шелтош Гидрол 6 сахар цистерны

Цристиллизатор

Цристиллизатор

Центри^уеи^豔总一^

I ^^~^белая патоиа CywL л1га-~^Раст6ор 党切曲3、

t ной Гф[ли Риссвб殮 р〃

УпаМка

Центри^уеи^豔总一^

I ^^~^белая патоиа CywL л1га-~^Раст6ор 党切曲3、

t ной Гф[ли Риссвб殮 р〃

УпаМка

гидратной . кристаллически глюкозы

гидратной . кристаллически глюкозы

клеРоВочный сборник

клеРоВочный сборник

ХилиОиаьник кристаллизатор > llennipu^yeu

■Шелтош Гидрол 6 сахар цистерны

ХилиОиаьник кристаллизатор > llennipu^yeu

■Шелтош Гидрол 6 сахар цистерны

Рис. 3, Технологическая схема производства гидратной кри-сталлической глюкозы с дополнительным осахариванием зеле-ной патоки.

Основная задача глюкозного производства ——получение из крахмальных суспензий глюкозных сиропов высокой доброкачественности и выделение из них возможно бсльшего количества чистой кристаллической глюкозы.

Исследования последних лет дали возможность несколько изменить технологические операции и сократить их нисло, не ухудшая основных показателей производства.

Кислотный гидролиз. Чтобы доброкачественность глюкозных сиропов была при современных методах производства практически предельно максимальной, следует стремиться к минимально возможному содержанию общего протеина в крахмале.

При переработке крахмала с высоким содержанием белка глюкоза получается низкого качества, производительность завода снижается и увеличивается расход сырья на едр：ницу продукции.

В процессе кислотного гидролиза крахмала часть нерастворимого белка становится растворимой.

Для более полного выделения белка нужно доводить pH нейтрализованного сиропа до 4,5——4,8, т. е. до изоэлектрической точки его.

Диспергированный белок при нейтрализации сиропа коагулируется и затем удаляется при фильтрации с диатомитом.

Растворимые азотистые вещества при высокой температуре вступают в реакцию с глюкозой и образуют темноокрашенные соединения, называемые меланоидинами [1 и 2].

Наиболее успешно реакция протекает в щелочной среде и сильно тормозится вблизи нейтральной точки. Меланоидины образуются также и в кислой среде.

По мнению В. Л. Кретовича [3], в результате реакции разлагаются и аминокислота и сахар, причем из аминокислоты образуется соответствующий ей альдегид, аммиак и углекислота, а из сахара — фурфурол или орссиметилфурфурол, которые легко вступают в реакцию с новыми молекулами аминокислоты, продуцируя меланоидины. В кислой среде меланоидины могут образовываться из аминокислот и фурфурола (оксиме- тилфурфурола), получающегося при кислотном разложении сахаров.

А. Смирнов [4 и 5] установил, что интенсивность окраски зависит от pH. При всех значениях pH цветность растворов, обусловленная меланоидинами, выше цветности продуктов кислотного разложения глюкозы. Меланоидины начинают накапливаться при pH выше 2,2. Увеличение pH с 2,84 до 6,74 сопровождается изменением цветности приблизительно в 25 раз.

Образование меланоидинов происходит во время пребывания сиропов, в сборниках, при прохождении их через фильтрпрессы, на выпарке и в вакуум-аппарате.

Ступенчатый гидролиз крахмала с промежуточной очисткой кислых сиропов бентонитовыми глинами делает возможным переработку крахмала с повышенным содержанием белка. Бен- 12

тонит и равноценные ему глины удаляют из сиропов часть белковых и красящих веществ [6].

Эффект очистки сиропов от белковых веществ и обесцвечивание находятся в зависимости от величины pH сиропов. Лучшие показатели достигаются при очистке кислых глюкозных сиропов. Необходимое количество бентонита определяется опытным путем. Дозировка бентонита зависит от требуемой степени очистки и эффективности применяемого бентонита.

При кислотном гидролизе не удается достичь полного превращения крахмала в глюкозу. Одновременно с реакцией гидролиза крахмала в растворе идет реакция между молекулами глюкозы, ведущая к образованию более сложных углеводов. Реакция реверсии обратима и при соответствующих условиях сложные углеводы могут быть вновь переведены в глюкозу.

На основании изучения кинетики процесса гидролиза крахмала в различных условиях П. М. Силин установил биомоле- кулярный характер реакции реверсии глюкозы [7] и предложил проводить гидролиз крахмала при пониженных концентрациях его в суспензиях.

В этих условиях равновесие реакции реверсии сдвигается в сторону разложения продуктов реверсии [8].

Установлено, что скорость обратимой реакции реверсии глюкозы определяется как разность между кинетическими константами прямой реакции (реверсии), протекающей со скоростью, соответствующей второму порядку, и обратной реакции (гидролиза ревертоз), протекающей со скоростью, соответствующей первому порядку [9].

Изучался состав сахаров гидрола, полученного при гидролизе крахмала щавелевой кислотой [10].

Установлено, что гидрол содержит моносахаров 67,31 %, дисахаров 26,19% и олигосахаридов 6,5%. В гидроле обнаружены ^-глюкоза, левоглюкозан, пентозы и кетозы.

Из одиннадцати теоретически возможных глюкозных дисахаридов в гидроле обнаружены и выделены в кристаллическом виде девять: изомальтоза, нигероза, мальтоза, генциобиоза. со- фороза, целлобиоза, койябиоза, p-трегалоза и ламинарбиоза. Из этих дисахаридов мальтоза, изомальтоза и нигероза могут быть продуктами гидролиза крахмала и реверсии глюкозы, тогда как все остальные являются только продуктами реакции реверсии.

Определено строение некоторых трисахаридов [11]. Установлено, что появление горечи в глубокоосахаренных сиропах свя- зано с изменениями глюкозы, которые наступают в ее растворах при нагревании в присутствии кислоты (образование генцио- биозы).

Наибольшая степень гидролиза картофельного крахмала достигнута при плотности суспензии 17—19°Бр в присутствии

6% газообразного НС1 по сухому веществу крахмала [12].，

Затем были несколько расширены исследования кислотного | гидролиза крахмала в разбавленных суспензиях при получении j глюкозы [13——15] и экономически обоснована оптимальная плот- | ность осахариваемой массы, равная 18% [16]. j

В процессе гидролиза крахмала образуется глюкоза и од-] повременно происходят реакции образования олигосахаридов | и оксиметилфурфурольного разложения глюкозы.

Слишком большой верстат глюкозного завода служит источ- I ником потерь глюкозы от разложения, ухудшает качество про- j дукции и приводит к излишним издержкам производства. |

Признано, что скорость разложения моносахаридов в кислой ] среде подчиняется уравнению первого порядка. |

Механизм разложения глюкозы в кислой и слабокислой сре- | дах неодинаков. При высоких концентрациях водородных ионов ， глюкоза непосредственно дегидратируется до оксиметилфурфу- | рола. В слабокислой среде происходит эпимеризация глюкозн, | а затем оксиметилфурфурэльное разложение. ]

А. Смирнов [5] изучал процессы разложения некоторых I моносахаридов в кислой среде и образования красящих ве- I ществ. I

Для глюкозы был найден интервал pH от 1,7 до 4,2, в кото- ] ром этот сахар практически не разлагается. ।

С увеличением pH до 7 устойчивость глюкозы снижается и I глюкоза энергичнее вовлекается в оксиметил фурфурольное раз- 1 ложение. |

Повышение концентрации кислоты ускоряет окрашивание 1 раствора, так как при этом усиливается оксиметилфурфуроль-， ное разложение глюкозы. Одновременно более интенсивно про- | исходит конденсация красящих веществ в нерастворимые (гу- | миновые) продукты. |

Ферментативный гидролиз. При проведении гидролиза фер- | ментативным путем или в две стадии, когда на второй стадии | применяются ферменты, а на первой ——кислота, можно повы- I сить доброкачественность глюкозных сиропов, создав неблаго- I приятные условия для реакций реверсии и разложения 1 глюкозы. ]

Ферменты обладают строгой специфичностью действия и J гидролизуют определенные связи молекул. 1

Установлено, что амилолитический фермент — амилоглю- | козидаза способствует гидролизу глюкозидных а-1,6 и а-1,4 | связей крахмала [17]. Таким образом, этот фермент превра- | щает крахмал в глюкозу без заметного образования промежу- 1 точных продуктов гидролиза: декстринов и мальтозы. |

Амилоглюкозидаза стабильна в кислых растворах при тем- | пературе 66 ℃ и может применяться в пределах pH 3,5——5,5. I

Для ускорения действия ферментов необходимо клейстери- ] 14

зовать и разжижить крахмал. При ферментативном гидролизе крахмала имеется два способа его разжижения, каждый из которых применяется в соответствии с технологическим процессом и видом выпускаемой продукции. Разжижение—• наиболее важный этап при ферментативном получении глюкозы (рис. 4).

DuuLURHHbih кратал крахмальное молодо

Кислотная декстринизацияКислотная декстринизацияНейтрализация Охпи 中 0вни\ до 55 气Нейтрализация Охпи 中 0вни\ до 55 气Ферментативная декстринизация

Кислотная декстринизация

Кислотная декстринизация

Нейтрализация Охпи 中 0вни\ до 55 气

Нейтрализация Охпи 中 0вни\ до 55 气

卜毗С)

Нагреёание^ до 120℃

Охлошдёние

Ферментатионое осащриёание [при 55℃ 48-ВОч)Нагребание для ина^тибации ФерментобОбесцЁе^иёание ФильтрованиеСгущение do 45-50°bpОбработка ионообменнь/ми еноламиФильтрованиеВьтариоание кристаллизация U ентрио^угиро^аниеФерментатионое осащриёание [при 55℃ 48-ВОч)Нагребание для ина^тибации ФерментобОбесцЁе^иёание ФильтрованиеСгущение do 45-50°bpОбработка ионообменнь/ми еноламиФильтрованиеВьтариоание кристаллизация U ентрио^угиро^аниеОттекОчЬстааНристоллизацияЦентрифугированиеОттенОч^тяа концентрирование Гот^бый продукт патокаОттекОчЬстааНристоллизацияЦентрифугированиеОттенОч^тяа концентрирование Гот^бый продукт патокаГото^ьщ продукт ^збодная нристалличесаая глюкоза, ёлаишостью 0,5%и доброиауестбенностью 99,5Гото^ьщ продукт ^збодная нристалличесаая глюкоза, ёлаишостью 0,5%и доброиауестбенностью 99,5Гот 而疝1 продукт кристаллита глюкоза Jno, моногидрат^ илашностью 加％ и доорокачестоенностью 98,5Гот 而疝1 продукт кристаллита глюкоза Jno, моногидрат^ илашностью 加％ и доорокачестоенностью 98,5

Ферментатионое осащриёание [при 55℃ 48-ВОч)

Нагребание для ина^тибации Ферментоб

ОбесцЁе^иёание Фильтрование

Сгущение do 45-50°bp

Обработка ионообменнь/ми енолами

Фильтрование

Вьтариоание кристаллизация U ентрио^угиро^ание

Ферментатионое осащриёание [при 55℃ 48-ВОч)

Нагребание для ина^тибации Ферментоб

ОбесцЁе^иёание Фильтрование

Сгущение do 45-50°bp

Обработка ионообменнь/ми енолами

Фильтрование

Вьтариоание кристаллизация U ентрио^угиро^ание

Оттек

ОчЬстаа

Нристоллизация

Центрифугирование

Оттен

Оч^тяа концентрирование Гот^бый продукт патока

Оттек

ОчЬстаа

Нристоллизация

Центрифугирование

Оттен

Оч^тяа концентрирование Гот^бый продукт патока

Гото^ьщ продукт ^збодная нристалличесаая глюкоза, ёлаишостью 0,5%и доброиауестбенностью 99,5

Гото^ьщ продукт ^збодная нристалличесаая глюкоза, ёлаишостью 0,5%и доброиауестбенностью 99,5

Гот 而疝1 продукт кристаллита глюкоза Jno, моногидрат^ илашностью 加％ и доорокачестоенностью 98,5

Гот 而疝1 продукт кристаллита глюкоза Jno, моногидрат^ илашностью 加％ и доорокачестоенностью 98,5

Рис, 4. Технологическая схема производства гидратной крис-таллической глюкозы с ферментативным осахариванием.

Кислотное разжижение крахмала рекомендуется проводит^ б непрерывно действующей аппаратуре. Для этой цели можно использовать серную, соляную и щавелевую кислоту. Для достижения высокой степени гидролиза большое значение имеет степень разжижения крахмала.

Экспериментально доказано, что оптимально необходимая степень разжижения наступает при ДЕ , равном 10—13.

Необходимую степень разжижения можно получить, если суспензию крахмала, имеющую 18—20°Ве гидролизовать в непрерывном осахаривателе при температуре 160 ℃ в присутствии 0,14% щавелевой кислоты (в пересчете на сухое вещество крахмала) в течение 4—5 мин. Щавелевая кислота наиболее удобна, так как при нейтрализации кислых сиропов карбонатом кальция она полностью удаляется из них в виде оксалата кальция.

При ферментативном разжижении смесь — 35—40% крахмальной суспензии и определенного количества термостабильной амилазы — при сильном перемешивании вливают в воду, предварительно нагретую до 80—85 ℃ [18].

Крахмальные зерна почти мгновенно клейстеризуются в горячей воде и одновременно разжижаются под действием а-ами- лазы. Для разжижения применяли амилазу, продуцируемую Вас. subtilis. При ферментативном разжижении нужно с особой тщательностью выдерживать смесь крахмала и фермента в течение длительного времени при температуре 80 ℃.

После ферментативного разжижения растворы кипятят для инактивации фермента, а после кислотного ——нейтрализуют. Затем pH раствора доводят до оптимального значения, необходимого при осахаривании амилоглюкозидазой. После введения фермента проводят осахаривание в аппаратах при повышенной температуре.

При двойном ферментативном гидролизе получается большее значение декстрозного эквивалента, больший выход глюкозы и меньшее количество продуктов реверсии [19].

В производственных условиях при исходной концентрации крахмала 30——35% и кислотно-ферментативной схеме получили максимальное значение ДЕ около 92—95% глюкозы в пересчете на сухой вес. Практический выход составил 100 ке безводной глюкозы из 100 ^г крахмала*

Двойная ферментативная схема при концентрации крахмала 30—35% давала ДЕ около 95—97% глюкозы и выход 105 кг глюкозы из 100 кг крахмала.

Однако несмотря на повышенные выходы при двойном ферментативном гидролизе затруднена фильтрация вследствие увеличенного количества нерастворимых веществ.

Эта задача была решена путем применения очень быстрого нагрева крахмальной суспензии в пароструйном нагревателе вместо подогревателя с паровой рубашкой.

Для получения глюкозы из крахмала применяется также ме~ тод комбинированного гидролиза с использованием на первой стадии кислоты, а на второй ——ферментов [20].

В качестве источника фермента может быть использован Asp. niger.

Ферментативные препараты, получаемые из плесневых грибов, содержат ценный комплекс различных ферментов, а сне- цифические особенности того или иного производства требуют для технологического процесса только одного какого-либо 巾ер~ мента. Был разработан метод получения высокоочищенного препарата амилоглюкозидазы из культуры Asp. niger {21].

Производство глюкозы с помощью особым способом очищенной амилоглюкозидазы отличается более высоким выходом [22].

Кукурузный крахмал разводят водой до плотности 18 cBp и гидролизуют в присутствии соляной кислоты при давлении 1,4 кг/см2. В кислый сироп, содержащий 17% редуцирующих сахаров в пересчете на глюкозу, добавляют 0,5% (к массе крахмала) бентонита и отфильтровывают его на фильтре с намывным слоем. Фильтрат нейтрализуют до pH 4,5 и сгущают под разрежением до 36% сухих веществ.

При температуре 60℃ и pH 4,5 раствор обрабатывают ами- логлюкозидазой в течение 48 ч. Полученный сироп содержит 95—96% редуцирующих сахаров (в пересчете на глюкозу) и 93—94% глюкозы. Сироп очищают, расходуя 1 % активированного угля, отфильтровывают и уваривают до 70—75% сухих_ веществ, затем кристаллизуют в течение двух дней при охлаждении массы от 42 до 18—16℃. Кристаллы глюкозы отфуго- вывают, а маточный раствор уваривают до 75—80% сухих, веществ, и в аналогичных условиях в течение 4 дней дополнительно выкристаллизовывают глюкозу.

Если при получении глюкозы вводить в нейтрализованный сироп недостаточно очищенную амилоглюкозидазу, то за 48 守 при температуре 60 ℃ будет получен менее доброкачественный сироп, т. е. сироп, содержащий 91—93% редуцирующих веществ, из них 89—90% глюкозы и 1—4% олигосахаридов. Правда такой сироп малоокрашен и не имеет горечи [23].

Из применяемых в настоящее время ферментных препаратов、 значительный интерес для глюкозного производства представляют также карбогидразы (24], препараты плесневых грибов из рода Aspergillus и Rhizopus (25 и 26] и бактериальные амилазы, продуцируемые Вас. Subtilis и Вас. mesentericus.

Поскольку ферментативный гидролиз крахмала проводится при сравнительно низких температурах, замедляются процессы разложения сахаров, образования меланоидинов, гуминовых и других красящих веществ, ведущих к ухудшению качества сиропов.

При производстве глюкозы ферментативным методом не предъявляют особых требований к сырью и получают больший выход глюкозы при меньших затратах.

В настоящее время при производстве кристаллической глюкозы все настойчивее применяется непрерывно действующая •аппаратура, которая позволяет вести гидролиз при большем давлении, получать прозрачные сиропы и тем самым сократить время производственного цикла за счет однократного обесцвечивания, фильтрации и уваривания [27—33].

Во Франции [34] одно из кукурузоперерабатывающих предприятий работает с двухступенчатым гидролизом крахмала. Первая ступень гидролиза ——кислотное разжижение производится в непрерывно действующем аппарате Кройера, в который поступает суспензия крахмала с исходной плотностью около 40°Бр, процесс заканчивается при содержании 15—18% редуцирующих веществ.

После нейтрализации устанавливают pH 5,5 и с помощью ферментов продолжают Гидролиз до содержания 95% редуцирующих веществ. Время ферментативного осахаривания составляет 75 % температура 50—55 ℃, затем сиропы очищаются на барабанных вакуум-фильтрах (с микросъемом осадка) с нанесенным диатомитовым слоем. 1

Отфильтрованные сиропы подвергают обработке активированным углем.

Окончательную очистку сиропов производят на патронных керамических фильтрах.

Перед увариванием сиропы полностью деминерализуют по схеме катионит — анионит.

На трехкорпусной выпарке в аппаратах «Виганда» сироп уваривают до содержания 73% сухих веществ и направляют в кристаллизаторы. Завод работает по двухпродуктовой схеме. Кристаллизация I продукта длится 24 % второго — 48 ч.

Отделение кристаллов глюкозы производят на автоматических центрифугах.

Образующийся при фуговке I продукта оттек направляют на производство сорбита, оттек от II продукта (гидрол) используют для производства специальных кормов.

Фирма считает, что из 1 т безводного крахмала завод получает 720 кг безводной глюкозы и 300 кг сухих веществ оттеков.

В Венгрии [35] разработан способ производства глюкозы, состоящий из трех частей: 1) предварительный кислотный гидролиз при давлении в 1 ат в течение одного часа до получения приблизительно 40% глюкозы; 2) ферментативный гидролиз с помощью амилоглюкозидазного фермента сумизим до 93—95%-ной доброкачественности сиропов; 3) ионообменная ■очистка, которая повышает доброкачественность сиропов до 99,1—99,3%.

Хроматографические исследования показали, что 5―-7% сухих веществ состоят из олигосахаридов. Причем изомальтотриоза (панноза) сопровождает глюкозу в процессе очистки и даже в ее кристаллическом состоянии.

В Америке предложен способ получения глюкозы с использованием ферментов на обоих стадиях гидролиза крахмала [36]. Водную суспензию крахмала обрабатывают при 65—80℃ термостойкой а-амилазой, которая разжижает и частично гидролизует крахмал. Затем добавляют кислоту и вводят ферментный препарат в виде культуральной жидкости, полученной при выращивании микроорганизмов рода Rhizopus (вида R. oryzae, R. niveus, R. del emar), причем действие а-амилазы также продолжается.

Смесь выдерживается в течение 2—3 дней. Под действием, комплекса ферментов этих микроорганизмов происходит разрыв почти всех связей а-1,4 и а-1,6 и крахмал превращается в глюкозу (95%).

Во Франции запатентован способ производства глюкозного продукта из крахмала или крахмалсодержащего сырья с помощью ферментативного препарата, приготовленного из культуры плесневых гибов Asp. niger, путем одностадийного осахаривания до содержания глюкозы >95%, концентрации раствора до влажности 16—25%, кристаллизации и перевода в твердую фазу.

Очистка сиропов. Разработка более совершенных и эффективных способов очистки глюкозных сиропов от различных примесей является также весьма важным усовершенствованием технологической схемы. К основным загрязнениям крахмальных гидролизатов относятся красящие вещества различной структуры, азотистые вещества (белки, пептиды и аминокислоты),, жир, оксиметилфурфурол, ионы тяжелых металлов, органические кислоты и неорганические соли [37 и 38].

В качестве осветлителей могут быть использованы гидрофильные полиэлектролиты, такие, как щелочные или аммонийные сульфиты целлюлозы, карбоксиметилцеллюлоза, альгиновая и полиакриловая кислоты. Эти вещества способны осадить или скоагулировать большую часть коллоидных диспергированных загрязнений нейтрализованных крахмальных гидролизатов. Обработка происходит без значительного увеличения pH, без увеличения цветности и зольности [39].

При загрязнении очищаемых растворов коллоидными веществами очень важно, чтобы поры адсорбента по размерам были больше, чем частицы примесей, иначе возможно их закупоривание. 、

При адсорбции большую роль играет не только величина поверхности адсорбента, но и адсорбционная способность единицы поверхности.

В качестве адсорбентов для очистки гидролизатов используют бентониты, животный и активированный уголь, обесцвечивающие и ионообменные смолы.

Бентониты адсорбируют в кислой среде протеины и часть аминокислот, но не оксиметилфурфурол.

Проведенные исследования по применению бентонитов различных месторождений Советского Союза для очистки паточноглюкозных сиропов позволили сделать следующие предварительные выводы [40].

Лучшие показатели достигнуты при очистке кислых глюкозных сиропов бентонитовой глиной — гумбрин.

Добавка бентонита в процессе гидролиза крахмала (1 % к массе сухих веществ крахмала) дает возможность удалить мз глюкозных сиропов до 40% белковых веществ.

При добавлении бентонита к нейтрализованному сиропу зф- @ект очистки снижается до 30%.

При использовании бентонита содержание солей железа и зольных элементов в сиропах не увеличивается.

От добавки бентонита скорость фильтрации сиропов и качество промытой фильтрпрессной лепешки не изменяются, но потери сиропа с грязью увеличиваются из-за общего увеличения количества этой грязи.

Применение бентонитов в глюкозном производстве следует считать перспективным, особенно при введении ионообменной очистки сиропов.

Животный уголь, широко применяемый в США, хорошо адсорбирует оксиметилфурфурол и обесцвечивает растворы.

Активированный уголь хорошо адсорбирует красящие вещества, оксиметилфурфурол и плохо — аминокислоты.

Для глюкозного производства рекомендуется применение углей газовой активации [41].

Обесцвечивающие смолы (сульфоновый или окисленный уголь) хорошо связывают красящие вещества. Большинство этих смол не адсорбируют аминокислоты.

Ионообменные смолы позволяют почти полностью ■освободиться от солей и в значительной степени от красящих веществ, поскольку многие иониты являются, кроме того, хорошими адсорбентами. Иониты не адсорбируют оксиметилфурфурол.

Очистка глюкозных сиропов при помощи прочных и химически стойких ионообменных смол коренным образом изменяет технологию производства.

Использование ионообменных смол позволяет повысить качество продукции, увеличить ее выход и ускорить технологические процессы.

В применении ионитов в глюкозном производстве нет еще твердоустоявшихся, бесспорно рентабельных методов. Пути ис-

пользования ионитов разнообразны, их следует сравнивать^ изучать и разрабатывать.

В настоящее время синтезируется большое количество ионообменных смол с различными свойствами.

Необходимо, чтобы смолы были прочными, в противном случае наряду с механическим уносом будет снижаться производительность фильтров и увеличиваться расход воды на отмывку.

В то же время смола должна обладать достаточно рыхлой структурой, проницаемой для частиц, должна иметь свободный доступ этих частиц к своим активным центрам.

На кинетику ионного процесса, зависящую в первую очередь от свойств сорбента, влияют такие факторы, как свойства обменивающихся ионов, их концентрация, свойства среды, наличие примесей, температура и ряд других показателей.

Хорошо известно, что коллоидные примеси глюкозных сиропов оказывают отрицательное действие на все стадии технологического процесса.

Исследования сорбционных свойств ионообменных смол, обладающих различной структурой, позволяют сделать вывод о том, что при наличии в сиропах определенного количества азотистых примесей снижается эффект очистки и повышается расход регенерационных химикатов.

Некоторые из сорбированных азотистых веществ непрочно удерживаются смолой и извлекаются при промывке водой, другие не удаляются при регенерации и постепенно снижают емкость смолы.

Так, на Верхнеднепровском комбинате при работе с ионитами отечественного производства было установлено, что емкость их восстанавливается неполностью, по-видимому, из-за полного отравления активных групп жиром и азотистыми веществами сиропа [42].

Ионообменной очистке целесообразно подвергать глюкозные сиропы, предварительно прошедшие соответствующую обработку активированным углем.

На рис. 5 приведена одна из схем производства глюкозы с применением ионообменной очистки сиропов.

Перед ионообменной установкой кислый сироп обрабатывают последовательно бентонитом и активированным углем [43] или смесью этих двух адсорбентов [44].

Для увеличения производительности ионитов на некоторых заводах предусматривают предварительную обработку кислых сиропов окислителями, осаждающими значительную часть коллоидных примесей [45].

Из нейтрализованных сиропов жиро-белковая примесь может быть удалена на сепараторах, сконструированных для

этой операции [46], или на фильтрпрессах фильтрацией с кизельгуром [47}.

Эффект очистки и обесцвечивания гидролизатов крахмала, содержащих повышенное количество зольных элементов, аминокислот, красящих веществ и оксиметилфурфурола повышается в результате применения высокопористых химически стойких и прочных смол [45].

крахмальная суспензиякрахмальная суспензияСоляная кислотаСоляная кислота\曲0口Сборник\曲0口СборникСодаСодаОса^ариёательОса^ариёателькислая зеленая патонакислая зеленая патона■Нейтрализатор-^—^леробка-■Нейтрализатор-^—^леробка-ФильтрыФильтрыугольугольУонтантный ДорнинУонтантный ДорнинФильтры^^ ионоЬ5менни^и （匕下小一匕一砌Фильтры^^ ионоЬ5менни^и （匕下小一匕一砌■Яти6ироёаннь1й-■Яти6ироёаннь1й-■катионооЬненниа■катионооЬненниаОсахари§ательI ]_—-С滋 * НейтрализаторI ^онт^тный ^VgpHUR蚤 Фильтрь!^М!онта^тныйT сборникОсахари§ательI ]_—-С滋 * НейтрализаторI ^онт^тный ^VgpHUR蚤 Фильтрь!^М!онта^тныйT сборник

крахмальная суспензия

крахмальная суспензия

Соляная кислота

Соляная кислота

\曲0口

Сборник

\曲0口

Сборник

Сода

Сода

Оса^ариёатель

Оса^ариёатель

кислая зеленая патона

кислая зеленая патона

■Нейтрализатор-^—^леробка-

■Нейтрализатор-^—^леробка-

Фильтры

Фильтры

уголь

уголь

Уонтантный Дорнин

Уонтантный Дорнин

Фильтры^^ ионоЬ5менни^и （匕下小一匕一砌

Фильтры^^ ионоЬ5менни^и （匕下小一匕一砌

■Яти6ироёаннь1й-

■Яти6ироёаннь1й-

■катионооЬненниа

■катионооЬненниа

Осахари§атель

I ]_—-С滋 * Нейтрализатор

I ^онт^тный ^VgpHUR

蚤 Фильтрь!

^М!онта^тный

T сборник

Осахари§атель

I ]_—-С滋 * Нейтрализатор

I ^онт^тный ^VgpHUR

蚤 Фильтрь!

^М!онта^тный

T сборник

Ьа^уум-аппаратЬа^уум-аппарат■Фильтрь!■Фильтрь!

Ьа^уум-аппарат

Ьа^уум-аппарат

■Фильтрь!

■Фильтрь!

Холодильник кристаллизаторЦенг^ри^руги.^Зеленая патова-Суш^л^^^ ^елая патока-^PacleD^^PocmSop глюкоз- \Холодильник кристаллизаторЦенг^ри^руги.^Зеленая патова-Суш^л^^^ ^елая патока-^PacleD^^PocmSop глюкоз- \ФильтрыФильтрыда^уум-сппорзт Холодильник кристаллизаторда^уум-сппорзт Холодильник кристаллизаторi ной пыли из Un 寧oBkq ^^ст^ера гидратной ^^l^pyn^a— ^ристаллицес^ой 2fl 力 козмi ной пыли из Un 寧oBkq ^^ст^ера гидратной ^^l^pyn^a— ^ристаллицес^ой 2fl 力 козм胧шУттри中姐!клерооочнь!й胧шУттри中姐!клерооочнь!йПорникПорник

Холодильник кристаллизатор

Ценг^ри^руги.^Зеленая патова-

Суш^л^^^ ^елая патока-^

PacleD^^PocmSop глюкоз- \

Холодильник кристаллизатор

Ценг^ри^руги.^Зеленая патова-

Суш^л^^^ ^елая патока-^

PacleD^^PocmSop глюкоз- \

Фильтры

Фильтры

да^уум-сппорзт Холодильник кристаллизатор

да^уум-сппорзт Холодильник кристаллизатор

i ной пыли из Un 寧oBkq ^^ст^ера гидратной ^^l^pyn^a— ^ристаллицес^ой 2fl 力 козм

i ной пыли из Un 寧oBkq ^^ст^ера гидратной ^^l^pyn^a— ^ристаллицес^ой 2fl 力 козм

胧шУттри中姐!

клерооочнь!й

胧шУттри中姐!

клерооочнь!й

Порник

Порник

Рис. 5. Схема производства глюкозы с ионообменной очист-кой сиропов.

Сильноосновные смолы, применяющиеся для очистки гидролизов крахмала, также очень быстро отравляются высокомолекулярными веществами, что приводит к сильному снижению их обесцвечивающей способности. Проверена возможность улучшения регенерации анионита раствором перманганата калия. Применение 0,1 %-ного раствора KMnO4 （1 九 на 5 九 смолы） в значительной мере восстанавливает свойства смолы [48].

В результате исследований, проведенных во ВНИИКе, из смол отечественного производства для очистки глюкозных сиро- 22

нов можно рекомендовать катионит КУ-1 и КУ-2 в сочетании г анионитом ЭДЭ-10п [49].

При двухступенчатой очистке глюкозных сиропов доброкачественность их увеличивалась с 1,2 до 5,9. Содержание золы снижалось на 90,3%, азотистых веществ на 59,9%, хлористого натрия на 95,6% и красящих веществ на 99,3% [47—52].

При выборе оптимальной схемы ионообмена важное значение имеет такой факт, как концентрация глюкозного раствора.；

Глюкоза практически не поглощается ионитами, поэтому ее можно считать индеферентной примесью.

Однако присутствие глюкозы в растворе обусловливает свойства самой среды и, в частности, ее вязкость.*

При увеличении концентрации глюкозы вследствие увеличения вязкости раствора ухудшаются условия диффузии погло- щаемых веществ в поры сорбента.

Ионообменной очистке принято подвергать жидкие глюкозные сиропы. '

Установлено, что используя иониты слабой и средней об- : менной емкости, можно обрабатывать только гидролизаты с концентрацией меньшей чем 27° Бр [53].

Ниже приводится описание технологической схемы одного 1 из передовых глюкозных заводов США [43].:

Крахмал подвергают гидролизу в осахаривателе непрерыв-‘

ного действия ю применением серной кислоты при температуре』

160 ℃ в течение 12 мин. В кислый сироп для лучшего удаления протеина и жира добавляют бентонит.

Протеин и жир удаляют на фильтрах《Оливера» с предварительно нанесённым на фильтровальную ткань слоем. Все операции на станции автоматизированы. .После контакта с активированным углем и фильтрации на фильтрпрессах《Свнтлена》 очищенный сироп поступает на ионообменную станцию для нейтрализации, удаления примесей и обесцвечивания.

Станция состоит из 8 колонн (из них работают только 6), изготовленных из углеродистой стали. Из первой пары колонн (анионообменных) сироп самотеком поступает в колонны с ка- ' тионитом. Процесс очистки автоматизирован. После уварива- 「 ния жидкого сиропа( на трехкорпусной выпарной станции густой сироп вновь обрабатывают свежим активированным углем % и пропускают через фильтр «Свитленд^. Затем густой сироп вторично фильтруют через предварительно нанесенный на фильтровальную ткань слой, уваривают в вакуум-аппарате, охлаждают до 49 ℃ и кристаллизуют в течение 3—4 дней. Глюкозу высушивают, просеивают и упаковывают в тканевые меш- ки.

Все аппараты и трубопроводы на заводе сделаны из нержавеющей стали для предотвращения коррозии и загрязнения продукта.

В Японии ионообменные смолы с сильнокислотными свойствами применяются в глюкозном производстве в качестве катализаторов.

В Советском Союзе и за рубежом продолжаются работы по созданию более совершенных ионообменных смол, изыскиваются наиболее экономически выгодные способы их эксплуатации и регенерации.

Кристаллизация. В литературе встречается описание станции непрерывной кристаллизации глюкозы для завода производительностью 10 т глюкозы в сутки [47—54]. Непрерывный процесс осуществляется в пяти кристаллизаторах системы 《Верке- иура》. Все кристаллизаторы ставятся в одной плоскости. Сироп с выпарки плотностью 74,5 °Бр поступает в первый кристаллизатор, а на центрифугу подается готовый утфель с последнего кристаллизатора. Сироп из кристаллизатора в кристаллизатор подается по нижней их части при помощи шнеков.

В качестве затравки используется 10% сырой глюкозы по весу глюкозы в сиропе. Для приготовления затравки над первым кристаллизатором устанавливается смеситель, в который поступает уваренный сироп и сырая глюкоза из специальной центрифуги. Охлаждающая вода для каждого из пяти кристаллизаторов имеет свою температуру. Процесс кристаллизации рассчитан на 90 ч.

Переработка оттеков. Получаемый при центрифугировании I продукта оттек ——зеленую патоку ——перерабатывают отдельно различными методами.

По схеме, приведенной на рис. 3, зеленую, патоку подвергают дополнительному гндрогшзу для увеличения доброкачественности. При осахаривании зеленой патоки глюкоза образуется вследствие разрушения более сложных сахаров, являющихся продуктами реверсии молекул глюкозы. При уменьшении концентрации глюкозы в оттеке часть этих продуктов может вновь превратиться в глюкозу.

При увеличении доброкачественности оттеков на 4—5% при повторном осахаривании выход глюкозы повышается на 8— 10%, улучшается также качество глюкозы.

По схеме, изображенной на рис. 4, зеленую патоку тщательно очищают, концентрируют и используют как патоку.

По схеме (см. рис. 5) зеленую патоку, богатую минеральными солями, обрабатывают катионообменными смолами, после чего смешивают с крахмалом и осахаривают образовавшимися кислотами.

Обработка зеленой патоки катионитами КУ-1 и КУ-2 дает возможность повысить выход глюкозы на 4,7%.

Если зеленая патока содержит более 2% зольных элементов, то ее очищают еще и анионитами. В этом случае смесь зеленой патоки и крахмала осахаривают с добавлением кислоты.

При обработке зеленой патоки только анионитами ее смешивают со свежим крахмалом и подвергают дополнительному гидролизу.

По схеме, представленной на рис. 5, зеленую патоку можно очищать катионообменными смолами и перерабатывать на желтый сахар и гидрол.

^рахнал&наяСотаасуспензиякислотаМерникГоба ^^Осакарибатель.НейтрализаторЯктиёироёан- I ньш咆儿 контантнь1й. сборникФилЬтРт^рахнал&наяСотаасуспензиякислотаМерникГоба ^^Осакарибатель.НейтрализаторЯктиёироёан- I ньш咆儿 контантнь1й. сборникФилЬтРтЗеленаяпатона-Зеленаяпатона-СолянаякислотаСолянаякислотаЗсаиарибательЗсаиарибательНейтрализатор^ЛодарениаяIсольНейтрализатор^ЛодарениаяIсоль-контактнтисборник-контактнтисборникФильтраФильтра

^рахнал&наяСотаа

суспензиякислота

Мерник

Гоба ^^Осакарибатель

.Нейтрализатор

Яктиёироёан- I ньш咆儿 контантнь1й. сборник

ФилЬтРт

^рахнал&наяСотаа

суспензиякислота

Мерник

Гоба ^^Осакарибатель

.Нейтрализатор

Яктиёироёан- I ньш咆儿 контантнь1й. сборник

ФилЬтРт

Зеленаяпатона-

Зеленаяпатона-

Солянаякислота

Солянаякислота

Зсаиарибатель

Зсаиарибатель

Нейтрализатор^ЛодарениаяIсоль

Нейтрализатор^ЛодарениаяIсоль

-контактнтисборник

-контактнтисборник

Фильтра

Фильтра

6〃dapsBnmuSupoSQH—^Ji „ ный 州о力о Штаитныи сборник6〃dapsBnmuSupoSQH—^Ji „ ный 州о力о Штаитныи сборникФильтрыФильтрыВануим-аппарат ХододильнинВануим-аппарат ХододильнинкристаллизаторЦентра (риги—-JРассей勿ш06依.гидратной . кристалпииескои глюкозыкристаллизаторЦентра (риги—-JРассей勿ш06依.гидратной . кристалпииескои глюкозывыпаркавыпаркаНонтаитнь!й cSophuhНонтаитнь!й cSophuhФильтрыФильтрыдануум^ аппарат кристаллизаторЦентрифугидануум^ аппарат кристаллизаторЦентрифугиСборник kOHmiikmHbiu сборник ФиАтрь/Сборник kOHmiikmHbiu сборник ФиАтрь/Вакуум-аппаратВакуум-аппарат妳ието力力"一 заг^ор Центрифуги妳ието力力"一 заг^ор ЦентрифугиДроби 刑 a Аппарат для разложения -Ценг^ри^чгиCymuj/HQРа^сеВУпа^о^а _ гадратнои кристаллическойm出К030Дроби 刑 a Аппарат для разложения -Ценг^ри^чгиCymuj/HQРа^сеВУпа^о^а _ гадратнои кристаллическойm出К030МролМрол

6〃daps

BnmuSupoSQH—^Ji „ ный 州о力о Штаитныи сборник

6〃daps

BnmuSupoSQH—^Ji „ ный 州о力о Штаитныи сборник

Фильтры

Фильтры

Вануим-аппарат Хододильнин

Вануим-аппарат Хододильнин

кристаллизатор

Центра (риги—-J

Рассей

勿ш06依.

гидратной . кристалпииескои глюкозы

кристаллизатор

Центра (риги—-J

Рассей

勿ш06依.

гидратной . кристалпииескои глюкозы

выпарка

выпарка

Нонтаитнь!й cSophuh

Нонтаитнь!й cSophuh

Фильтры

Фильтры

дануум^ аппарат кристаллизатор

Центрифуги

дануум^ аппарат кристаллизатор

Центрифуги

Сборник kOHmiikmHbiu сборник ФиАтрь/

Сборник kOHmiikmHbiu сборник ФиАтрь/

Вакуум-аппарат

Вакуум-аппарат

妳ието力力"一 заг^ор Центрифуги

妳ието力力"一 заг^ор Центрифуги

Дроби 刑 a Аппарат для разложения -Ценг^ри^чги

Cymuj/HQРа^сеВ

Упа^о^а _ гадратнои кристаллической

m出К030

Дроби 刑 a Аппарат для разложения -Ценг^ри^чги

Cymuj/HQРа^сеВ

Упа^о^а _ гадратнои кристаллической

m出К030

Мрол

Мрол

Рис. 6. Технологическая схема производства гидратной глю-козы с дополнительным осахариванием зеленой патоки и вы-делением из нее глюкозы через двойное соединение с хлори-стым натрием.

По схеме, приведенной на рис. 6, глюкозу из зеленой патоки после ее осахаривания можно извлечь в виде двойного соединения с хлористым натрием [55].

Гидрол, получаемый при центрифугировании утфеля II продукта, представляет собой вязкую сиропообразную жидкость темного цвета.

При работе по схеме, указанной на рис. 3, в гидроле содержится 65% сухих веществ, из них 70% редуцирующих.

Для дополнительного извлечения глюкозы из гидрола предлагались различные методы. ,

Было предложено дополнительное осахаривание гидрола кислотой с последующей кристаллизацией очищенного гидрола. Однако при этом сиропы получались сильно окрашенными, при кристаллизации давали мелкий кристалл, который плохо отделялся от межкристального раствора и отбеливался [56].

Производилось также осахаривание гидрола амилазой плесневого гриба Asp. niger.

Эффект осахаривания резко повышался после ионообменной очистки гидрола от хлористого натрия.

Однако эти способы по экономическим причинам не нашли практического применения.

Для гидролиза гидрола была использована щавелевая кислота [57]. Разбавленный гидрол плотностью 18 °Бр гидролизовался 0,04 н. раствором щавелевой кислоты в течение 20 мин при давлении 2 綻/&偎.Выход глюкозы из осахаренного в конверторе гидрола составил 27%, а в непрерывном осахаривате- ле — 42% к сухим веществам. Однако при этом образуется значительное количество красящих веществ и оксиметилфурфуро- ла, что затрудняет очистку раствора перед кристаллизацией [58].

Изучено ингибиторное действие на образование красящих веществ и оксиметилфурфурола углей, активированных паром и химическими веществами. Установлено, что при гидролизе гидрола образование красящих веществ и оксиметилфурфурола замедляется, если в реакционную среду ввести 0,2——0,6% активированного паром угля [59].

Указанные выше изменения отдельных технологических процессов производства глюкозы способствуют повышению выхода глюкозы и некоторому сокращению времени всего процесса, однако они не устраняют такого недостатка производства, как длительность кристаллизации.

Для ускорения кристаллизации глюкозы применили новый способ извлечения глюкозы из ее растворов в виде двойного соединения с хлористым натрием [60——63].

Глюкоза в определенных условиях в процессе кристаллизации образует двойные соединения с различными солями, в том числе с хлористым натрием. Из пересыщенных растворов, в которых содержится определенное количество хлористого натрия, глюкоза выделяется в виде двойного соединения (СбН12О6)2- ■NaCl-HgO с образованием крупных хорошо оформленных кристаллов.

Такое соединение глюкозы с хлористым натрием обладает высокой кристаллизационной способностью и при смешении с определенным количеством воды распадается на составные ча~ 26

сти, а глюкоза в определенном температурном интервале переходит в твердую фазу в виде кристаллов.

В результате работ, проведенных советскими исследователями, была разработана новая технологическая схема получения глюкозы из крахмальных гидролизатов. Эта схема приведена на рис. 7 [64—66].

Провальная Солянаясуспензия / кислота

Мерник

Оспхариботель

Сода—

Нейтрализатор

Диитомит-—^] Сборник

Фильтру

ЯктиВироёон- [

〃〃口 уголь-

Контактный сборник

■клероёка^—\■клероёка^—\Фильтрь!

■клероёка^—\

■клероёка^—\

ПовареннаяВвпнр咚

ХолоднаяХолоднаяНснтактныИ сборникФильтрь!ФильтрыНснтактныИ сборникФильтрь!ФильтрыВакуум-аппарат кристаллизатор ЦентрифугиЗеленаяIпат&каВакуум-аппарат кристаллизатор ЦентрифугиЗеленаяIпат&каАппарат дли разложенияАппарат дли разложенияСбоР^инСбоР^инВикуум・аппаратВикуум・аппараткристаллизаторЦенрри^уги раст§ор глЮко3.或岂询脚点pu中找让•PakeS^^ 依凉/ 屮W出кристаллизаторЦенрри^уги раст§ор глЮко3.或岂询脚点pu中找让•PakeS^^ 依凉/ 屮W出Упп^оВка, гидратной цристалличесиаиУпп^оВка, гидратной цристалличесиаиc5qphuhc5qphuhглю^озь!глю^озь!

Холодная

Холодная

НснтактныИ сборник

Фильтрь!

Фильтры

НснтактныИ сборник

Фильтрь!

Фильтры

Вакуум-аппарат кристаллизатор ЦентрифугиЗеленая

Iпат&ка

Вакуум-аппарат кристаллизатор ЦентрифугиЗеленая

Iпат&ка

Аппарат дли разложения

Аппарат дли разложения

СбоР^ин

СбоР^ин

Викуум・аппарат

Викуум・аппарат

кристаллизатор

Ценрри^уги раст§ор глЮко3.或岂询脚点pu中找让•

PakeS^^ 依凉/ 屮W出

кристаллизатор

Ценрри^уги раст§ор глЮко3.或岂询脚点pu中找让•

PakeS^^ 依凉/ 屮W出

Упп^оВка, гидратной цристалличесиаи

Упп^оВка, гидратной цристалличесиаи

c5qphuh

c5qphuh

глю^озь!

глю^озь!

Рис. 7. Технологическая схема производства гидратнойкристаллической глюкозы через ее двойное соединение с хло-ристым натрием.

Применение такой схемы позволяет увеличить выход глюкозы до 78,3%, резко сократить производственный процесс и число необходимых кристаллизаторов, уменьшить размеры производст-

венных помещении и соответственно снизить капитальные затраты на строительство новых заводов.

По приведенной схеме на Беслановском маисовом комбинате выпускается 5 т высококачественной глюкозы в сутки.

Для повышения выхода при производстве глюкозы новым методом было предложено проводить осахаривание зеленой патоки по схеме, представленной на рис. 8 [67 и 68].

Нрохмалйная суспензия 、Нрохмалйная суспензия 、Соляная кис而 тнСоляная кис而 тнСода.Сода.МерникОсохорибателоМерникОсохорибатело^НейтрализаторЪООРНИЯ^НейтрализаторЪООРНИЯФил Лктиёиробон-Фил Лктиёиробон-уГПРЬ!уГПРЬ!нь/и угольнь/и угольПокоренная,сольПокоренная,сольконтактный сборникФильтрЬ!дыпарнаконтактный сборникФильтрЬ!дыпарнаконтактный сборникФилыпрыконтактный сборникФилыпрыклеровкаклеровкаСборникRamuoHoob- пенникиOcawpu^QmentrЛнйоноо5мен- никиКон 出 dKEHbiU сборникФил^трй!Bn пирки контактный сборник©unbmpbiСборникRamuoHoob- пенникиOcawpu^QmentrЛнйоноо5мен- никиКон 出 dKEHbiU сборникФил^трй!Bn пирки контактный сборник©unbmpbiеилитрвеилитрвВакуум-аппарат кристаллизаторВакуум-аппарат кристаллизаторвакуум-аппаратЦр^таллй^торвакуум-аппаратЦр^таллй^торх%密。。х%密。。Центра ру?еЦентра ру?еЗеленаяЗеленая"A/770X0"A/770X0hnnapam иля разложенияСушилка一 -оттек一 \рлЛрй '-Раствор глюИознои\2：М^-^^РУ5бера\гийратноиhnnapam иля разложенияСушилка一 -оттек一 \рлЛрй '-Раствор глюИознои\2：М^-^^РУ5бера\гийратноиЦентрскруги^идрол 6 цистерныЦентрскруги^идрол 6 цистерны/ Шелтый _сахар/ Шелтый _сахарKPUCEQ/inUUR 氏 oU глю^озь!KPUCEQ/inUUR 氏 oU глю^озь!^леробочньшсборник^леробочньшсборник

Нрохмалйная суспензия 、

Нрохмалйная суспензия 、

Соляная кис而 тн

Соляная кис而 тн

Сода.

Сода.

Мерник

Осохорибатело

Мерник

Осохорибатело

^Нейтрализатор

ЪООРНИЯ

^Нейтрализатор

ЪООРНИЯ

Фил Лктиёиробон-

Фил Лктиёиробон-

уГПРЬ!

уГПРЬ!

нь/и уголь

нь/и уголь

Покоренная,соль

Покоренная,соль

контактный сборник

ФильтрЬ!

дыпарна

контактный сборник

ФильтрЬ!

дыпарна

контактный сборник

Филыпры

контактный сборник

Филыпры

клеровка

клеровка

Сборник

RamuoHoob- пенники

Ocawpu^Qmentr

Лнйоноо5мен- ники

Кон 出 dKEHbiU сборник

Фил^трй!

Bn пирки контактный сборник

©unbmpbi

Сборник

RamuoHoob- пенники

Ocawpu^Qmentr

Лнйоноо5мен- ники

Кон 出 dKEHbiU сборник

Фил^трй!

Bn пирки контактный сборник

©unbmpbi

еилитрв

еилитрв

Вакуум-аппарат кристаллизатор

Вакуум-аппарат кристаллизатор

вакуум-аппаратЦр^таллй^тор

вакуум-аппаратЦр^таллй^тор

х%密。。

х%密。。

Центра ру?е

Центра ру?е

Зеленая

Зеленая

"A/770X0

"A/770X0

hnnapam иля разложения

Сушилка一 -оттек一 \

рлЛрй '-Раствор глюИознои\

2：М^-^^РУ5бера\

гийратнои

hnnapam иля разложения

Сушилка一 -оттек一 \

рлЛрй '-Раствор глюИознои\

2：М^-^^РУ5бера\

гийратнои

Центрскруги

^идрол 6 цистерны

Центрскруги

^идрол 6 цистерны

/ Шелтый _сахар

/ Шелтый _сахар

KPUCEQ/inUUR 氏 oU глю^озь!

KPUCEQ/inUUR 氏 oU глю^озь!

^леробочньшсборник

^леробочньшсборник

производства гидратной её двойное соединение спроизводства гидратной её двойное соединение сРис. 8. Технологическая схема кристаллической глюкозы через

производства гидратной её двойное соединение с

производства гидратной её двойное соединение с

хлористым натрием и осахариванием зеленой патоки.

ЛИТЕРАТУРА

К о ст ыч ев С., Бриллиант В. Изв. имп. акад. наук. Т. 10. Вып. 12, 1916, стр. 935.

Maillard L., Comp, rend de d'Acad. de Sci. Bd 153, 1912, p. 1078.

3； Кретовки В. Л., Токарева P. Биохимия. Вып. 6, 1948, стр. 503「

Смирнов В. А., Долматова С. И. Гидролизная промышленность СССР, 1951, №. 2, стр. 10.

Смирнов В. А. Труды Ленинградского технологического институ* та пищевой промышленности. Т. XIV, 1958, стр. 52.

Готфрид Д. В., Л у б и Б. К., Ньюкирк Б. В. Патент США 2797176, 25/VI 1957.

Силин П. М. Известия Томского технологического института, 1924, № 3, стр. 45.

Силин П. М., Сапегина Е. А. Труды Воронежского химико-технологического института. III—IV, 1939, стр. 79.

Смирнов В. А. Труды ЛТИПП, XIII, 1956, стр. 231.

Sato Akio. Rept Ferment Res. Inst. 1962, № 22, стр. 99.

Sato Akio. Ono Hideo. Rept Ferment. Res. Inst., 1963, № 24r стр. 147.

Рыдзевский. Przem. rolny i spozywczy. Bd. 8. 1954, № 7, стр. 255.

D e Jong G. J., Jansen T. Die Starke, 1957, № 8, S. 147.

Теренина H. Г. «Пищевая промышленность», ЦИНТИПищепромг 1961, №2, стр. 27.

Гюэ ль A. Die Starke, 1962, № 1, S. 3.

Л а д у р Т. «Сахарная промышленность», 1965, № 5, стр. 59.

Barton R. R., Land С. Е. Food. Eng. 1961, 33, № 9, р. 85.

S u z u k u Shigeo, Die Starke, 1964, № 9, S. 285.

J. V. L i c m b a, Land С. E. D e п a u 11 L. J. Food Eng. 1964, 36,, № 5, p. 36.

Винклер С. «Крахмал», 1963, № 7, стр. 263.

Kerr. Патент США 2967804, 10.1, 1961.

Kerr. Патент США 3017330, 16.1. 1962.

Ланглуа, Тернер. Патент США 2893921, VII 1959.

HoltermandA. Die Starke, 1961, № 9, S. 337.

К о м а к и Тосиаки, М а ц у б а Ютака. Японский патент 8037r 19/VI 1961.

KooiEarlR., На г j е s С 1 а г апсе F., Gilkinson Johns. Патент США, 3042584, 3/VII 1962.

К р о й е р К- Die Starke, 1954, № 6, S. 119.

Б о р у д. Die Starke, 1954, № 7, S. 148.

Крой ер. Die Starke, 1955, № 10, S. 257.

К p о й e p К- Современные способы переработки крахмала в патоку^ и глюкозу. Рукопись, 1963, архив ЦНИИКПП.

Кравченко С. Ф., Иванова О. И., Белогорцева Г. Я- и др- Освоение непрерывного осахаривателя крахмала в заводе кристаллической глюкозы Бесланского маисового комбината. Рукопись, 1963, архив, цниикпп.

Brygmestern. 1960, Arg 17, № 11. S. 253.

Накатура И о с и р о. Хигураси. J. Chern. Soc. Japan. Industr. Chem. Soc. № 2, 1960, Bd. 63, p. 323.

Бондаренко В., Поляков M., Ж ушм а н А., Пятаков Ю. Отчет специалистов пищевой промышленности, посетивших Францию в 1965 г. Рукопись, 1965, архив ВНИИК.

В а г t f а у J., S i m о и у i J., Varga J., Kozlemenyei, 1963.

L e n n e у James F. Патент США 3039936, № 19, VI 1962.

D e Jong G. J. Die Starke, 1961, № 2.

Klara, C a b a f i. Prehramb. ind Jugose. 8, 1963, № 3, p. 69.

Патент США 2890138, 24/11 1954, опубликован 9/VI 1959.

Л а дур T. А., Дубинская И. П. «Сахарная промышленность»,- 1963, № 3, стр. 58.

W i s s е г. Die Starke, 1958, № &

Семенова Т. В. Применение ионообменников для очистки паточных и глюкозных сиропов. Рукопись, 1948, архив ЦНИИКПП.

Гайтауэ^ Ж. В. Химическая промышленность. Т. 56, 1949, июнь.

Я н а д а Тосиро, Сато Ио си о. Японский патент 6636, 15/VIII 1958.'

Смит и Типтон. Патент США 2890138, 9/VI 1959.

Н uster Н. Die Starke, 1964, № 7, S. 225.

Еремеев А. Е., Глухова Н. В. Паточная промышленность Югославии. Пищепромиздат, 1959.

Хигаси С ю и т и р о, К а н и о Г о м о э й. J. Ferment Technol. Bd. 40, 1962, № 2, стр. 56.

Жарова Е. Я” Сидорова Е. К- Изучение возможности применения ионообменииков, вырабатываемых в СССР для очистки глюкозных сиропов. Рукопись, 1958, архив ЦНИИКПП.

Сидорова Е. К. Очистка глюкозиых сиропов ионообменными смолами. «Аннотации научно-исследовательских работ 1959—1960 гг. ЦИНТИ- Пищепром, I960.

Сидорова Е. К・ Труды ЦНИИКПП. Вып. 6, Пищепромиздат, 1963, стр. 13.

Сидорова Е. К. «Пищевая промышленность», ЦИНТИПищепром, 1964, № 9, стр. 5.

D i m a m. Cotrut Ch. Studiisiceretari Stunt Acod RPR Fil Zasi Chim 1961, Bd. 12, № 1, p. 101.

Сидорова E. H. Отчет о командировке в Югославию. Рукопись. 1965, архив ВНИИК.

Технологическая схема получения глюкозы на Китайском комбинате 岀 г. Шицзячжедаие в 1958 г. Рукопись Л 958, архив ЦНИИКПП.

Ралль С. Ф., Семенова Т. В. Осахаривание гидрола с целью выделения из него кристаллического сахара. Рукопись 1952, архив ЦНИИКПП.

Хигаси С ю и т и р о, Магар а С о с у к э. 1961, 39, № 9, 558.

X и г а с н С ю итиро, Магара Сосукэ. 1961, 39, № 9, 566.

Хигаси, Сюитиро, Магара Сосукэ. 1961, 39, № 9. 563.

С и п я ги н А. С., Литкенс Е. А., Жарова Е. Я- Разработка , принципиальной схемы нового метода получения кристаллической глюкозы с применением поваренной соли. Рукопись, 1951, архив ЦНИИКПП.

С и п я ги н А. С., Жарова Е. Я-, Малышев А. А. Проверка в полузаводских условиях нового метода получения глюкозы с применением поваренной соли. Рукопись, 1952, архив ЦНИИКПП.

М а л ы ж е в А. А., Жарова Е. Я. Ускоренный способ производст-； в а кристаллической глюкозы. Рукопись, 1953, архив ЦНИИКПП.

М а л ы ж е в А. А. Оптимальные условия технологического режима при ускоренном методе производства кристаллической глюкозы. Рукопись. $ 1954, архив ЦНИИКПП.;

С и п я г и н А. С. Ускоренный способ получения кристаллической ' глюкозы. Бюллетень техно-экономической информации АН СССР. № 5, 1955,; стр. 18.

М а л ы ж е в А. А. Разработка технического проекта по аппаратур но-' му оформлению завода по производству кристаллической глюкозы ускорен- ? ным методом производительностью 50 т глюкозы в сутки. Рукопись 1955,《 архив ЦНИИКПП.]

Сип яги н А. С., Литкенс Е. А., Жарова Е. Я- и Малы- | * е в А. А. Производство кристаллической глюкозы через двойную соль, j Удостоверение о регистрации № 5263 с приоритетом от 15 декабря 1956 г. 扌

Кравченко С. Ф., Белогорцева Г. Я. Повышение выхода j тлюкозы в цехе Бесланского маисового комбината, работающем по новому j методу через двойное соединение с хлористым натрием. Рукопись, 1963, архив |

Кравченко С. Ф., Белогорцева Г. Я. Повышение выхода | тлюкозы через двойное соединение на Бесланском маисовом комбинате. Руко- I пись, 1964, архив ВНИИК.《

РАЗДЕЛ ВТОРОЙ

ПРОИЗВОДСТВО КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ глюкозьгПО ПРЯМОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ(КЛАССИЧЕСКИМ СПОСОБОМ]

Г л а в а I

КРАХМАЛ КАК СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ГЛЮКОЗЫ

Сырьем для производства кристаллической глюкозы является крахмал, полученный из кукурузы, или пшеницы, а также может быть использован картофельный крахмал. Однако' картофельный крахмал незаменимое сырье в других отраслях промышленности и для производства глюкозы не используется.

Основное сырье для производства кристаллической глюкозы ——кукурузный крахмал.

Чтобы обеспечить высокое качество выпускаемой глюкозы и получить возможно высокий выход, к сырью предъявляются особые требования. В производство должен поступать свежин крахмал, полученный из доброкачественной кукурузы. В лежалом крахмале и крахмале, полученном из порченой кукурузы, имеются продукты распада белковых веществ, которые не удаляются при рафинации крахмала. Эти продукты отрицательно влияют на процесс гидролиза, повышают цветность сиропов, а самое главное затрудняют процесс кристаллизации и ухудшают качество готовой продукции. Весьма важно, чтобы при сушке кукурузное зерно не подвергалось действию высокой температуры,, так как тогда оно теряет всхожесть, что отрицательно влияет на качество и выход крахмала.

С точки зрения технологии для крахмального производства представляет интерес кукуруза мучнистых сортов, так как отсутствие в ней роговидного эндосперма, облегчает извлечение крахмала. Однако наиболее крахмалистыми и урожайными являются лучшие сорта зубовидной группы с содержанием 69— 70,5% крахмала.

Современная техника крахмального производства обеспечивает высокую степень извлечения крахмала и из кукурузы с большим количеством роговидного эндосперма, а поэтому лучшими сортами следует считать зубовидную кукурузу и ее гибриды.

По внешнему виду крахмал представляет 1 собой белый ^аморфный порошок. Цельные крахмальные зерна при обычной температуре не растворяются в воде, алкоголе, эфире, сероуглероде, хлороформе и бензоле. В щелочах и растворах некоторых <олей крахмал растворяется. Относительную плотность безводного картофельного крахмала принимают 1,65, а для кукурузного—1,61. При настаивании крахмала в воде крахмальные зерна набухают, образуя вязкий коллоидный раствор ——клей- -стер. Клейстеризация картофельного крахмала начинается при 40 ℃ и заканчивается при 63——68 ℃. Для кукурузного крахмала процесс клейстеризации начинается при 50 ℃ и заканчивается при 78 ℃. •

Установлено, что крахмал состоит из двух основных компонентов: амилозы и амилопектина. В крахмале зерновых культур содержание амилозы колеблется от 15 до 25%, а амилопектина от 75 до 85%. Кроме амилозы и амилопектина, в крахмале могут находиться в незначительном количестве другие полисахариды с промежуточными свойствами. В крахмале содержится небольшое количество примесей: около 0,28—1,5% белка, ■0,08—1,4% жира, 0,05—0,4% зольных веществ, в том числе фосфаты и кремниевая кислота. Крахмал по своим физико-химическим свойствам относится к группе углеводов класса полисахаридов. Эмпирическая формула крахмала (СбН^С^)% Характерной качественной реакцией на крахмал является его -взаимодействие с раствором йода в йодистом калии, дающее синее окрашивание. Если влажный крахмал медленно нагревать, пока он еще будет давать с йодом синюю окраску, можно получить крахмал, растворяющийся в холодной воде. При быстром нагревании, в особенности в присутствии кислот, молекулы крахмала расщепляются на более мелкие, образуя декстрины, ^имеющие тот же элементарный состав, что и крахмал. Кипячение крахмала в водном растворе с минеральными кислотами, .или при воздействии на него ферментов, ведет к превращению -крахмала в глюкозу.

Выделенный в первой стадии крахмал из кукурузы подвер- тается очистке от нерастворимых и растворимых примесей. Большое значение имеет отделение крахмала от глютена. Чем полнее проведено разделение, тем больше выход крахмала и лучше его качество.

растворимого белка.При переработке доброкачественности но отделимый белок,растворимого белка.При переработке доброкачественности но отделимый белок,В настоящее время заводы, вырабатывающие глюкозу, очистку крахмала производят на центробежных сепараторах. При двухступенчатом разделении в крахмале остается 0,3—0,5% не

растворимого белка.

При переработке доброкачественности но отделимый белок,

растворимого белка.

При переработке доброкачественности но отделимый белок,

крахмального молока пониженной или молока, содержащего труд- применяется трех-четырехступенчатая

очистка. Окончательная промывка ——рафинирование крахмала

производится на непрерывно действующих вакуум-фильтрах, где отделяются только растворимые вещества. Поэтому для получения крахмала высокого качества, что очень важно для производства кристаллической глюкозы, требуется хорошее разделение крахмала от глютена на предыдущих станциях.

Хорошо промытый крахмал должен содержать нерастворимого белка ие более 0,45%, растворимых веществ 0,1 % и золы Ю,12%. Кислотность крахмала должна быть не более 25,0 мл 0,1 н. щелочи на 100 г сухих веществ.

Для получения кристаллической глюкозы высокого качества необходима трехкратная промывка крахмала, а иногда и четырехкратная. Однако заводы, вырабатывающие кристаллическую глюкозу, нарушают указанные условия, ослабляют борьбу за чистоту крахмала, тем самым создают трудности в процессе кристаллизации, которые снижают качество и выход глюкозы. Поэтому крайне важно для увеличения выхода и улучшения качества глюкозы, получать крахмал с минимальным содержа- нием примесей.

В настоящее время Всесоюзным научно-исследовательским институтом крахмалопродуктов разработаны две новые техно” логические схемы производства кристаллической глюкозы через двойное соединение с поваренной солью. Для одной из них сырьем является крахмал, для другой ——мука зерновых культур. При этом крахмал, содержащийся в муке, переводится в растворимое состояние путем ферментативного осахаривания.

Глава II；

ОСАХАРИВАНИЕ КРАХМАЛА

Одной из важных операций, на которой базируется производство кристаллической глюкозы из крахмала, является процесс его гидролиза в присутствии минеральных кислот. Кислотный гидролиз обычно осуществляется при температуре выше 100 ℃. Вначале происходит растворение крахмала, при котором ослабляются и нарушаются связи между отдельными макромолекулами, но без разрыва цепей главных валентностей. Образующиеся при этом продукты характеризуются тем, что синяя окраска с йодом не изменяется.

При дальнейшем воздействии кислоты разрываются вначале а-1,4, а затем и более прочные а-1,6-гЛюкозидные связи. По месту их разрыва присоединяется молекула воды. В процессе Гидролиза крахмала уменьшается удельное вращение и вязкость сиропов, нарастает количество свободных альдегидных групп, в связи с этим повышается редуцирующая способность гидролизатов. Одновременно окраска раствора йода при добавлении

2 Е. Я. Жарова и др.33

к нему сиропа изменяется от синего до сине-фиолетового, затем до вишнево-красного, характерного для амило- и эритродекстри- нов. При образовании ахроодекстринов цвет йодного раствора уже не изменяется и остается таким до конца гидролиза. При разрыве всех глюкозидных связей в крахмале в растворе образуется глюкоза, что способствует быстрому нарастанию редуцирующей способности сиропов. Кроме декстринов, промежуточными продуктами гидролиза крахмала являются тетра- и трисахариды и дисахарид мальтоза.

Реакцию гидролиза можно изобразить следующим упрощенным уравнением:

(CgHlgOs)几十 /I Н?О —几& Н120б-

Если бы гидролиз был единственной реакцией, происходящей при осахаривании крахмала, то при создании определенных условий можно было бы легко получить степень осахаривания 100%. Однако достигнуть такого осахаривания обычно не удается, так как с повышением, концентрации глюкозы в растворе происходит реакция реверсии — соединение молекул глюкозы в дисахариды. Эта реакция протекает по следующему уравнению:

2 (С6Н12О6) т± С12Н22О11 + HQ.ГлюкозаРевертоза

На практике при осахаривании происходит не только реакция гидролиза и реверсии, но и разложение глюкозы. Реакция разложения необратимо удаляет из раствора глюкоз% с образованием гидроксиметилфурфурола и других веществ, обладающих свойствами кислот.

Схематически процесс осахаривания крахмала можно представить следующим образом:

ГидролизРеверсия

Крахмал>Глюкоза^з —^Продукты реверсии

Гидролиз

ПолимерыПолимерыГидроксиметилфу рфурол

Полимеры

Полимеры

Левулиновая . Муравьиная кислота 十 кислота

Процесс гидролиза крахмала можно наблюдать по нарастанию редуцирующих веществ или по изменению удельного вращения; [а]^ осахариваемого раствора снижается примерно с +200°, что свойственно крахмалу, до +52,5°, характерного для растворов глюкозы после окончания процесса мутаротации.。

Остановимся подробнее на каждой реакции, происходящей при осахаривании крахмала.

Реакция гидролиза крахмала

Эта реакция протекает со скоростью, подчиняющейся уравнению первого порядка * Основное уравнение кинетики можно записать в следующем виде:

片=/<(a一％),

где х— редуцирующая способность углеводов сиропа, выраженная в эквивалентах глюкозы;

а — количество крахмала в растворе, выраженное в эквивалентах глюкозы;

т -- продолжительность гидролиза;

^ — константа скорости гидролиза.

Константа имеет размерность「< поэтому численное значение ее не зависит от выбора единиц времени. Константа скорости гидролиза крахмала зависит от следующих основных факторов； 1) вида применяемой кислоты; 2) ее концентрации; 3) температуры, при которой производится этот процесс.

Различные кислоты, взятые в эквивалентной концентрации [4], имеют следующую каталитическую активность, отнесенную к каталитической активности соляной кислоты, условно принятой за 100%: серная ——50,35, щавелевая ——20,42, сернистая —— 14,82 и уксусная — 0,80%. Таким образом, наиболее эффективной для проведения гидролиза крахмала является соляная кислота, которая и применяется в настоящее время на всех предприятиях, производящих кристаллическую глюкозу как в нашей стране, так и за рубежом.

Разрыв глюкозидных связей в крахмале осуществляется с помощью водородных ионов. Зависимость константы скорости гидр близ а крахмала от активности ионов водорода кислоты можно выразить следующим уравнением при температуре 100 ℃:

* IgK = 0,569— 1,072 PH.

'Константа скорости гидролиза крахмала в присутствии кислоты не зависит от концентрации крахмала, что является прямым следствием кинетического порядка реакции. Однако это справедливо только в случае дозирования кислоты не по количеству крахмала, а по объему раствора и при отсутствии в крахмале примесей, способных реагировать с кислотой. Если Добавлять одинаковое количество кислоты по весу крахмала, но при различной его концентрации, то объемный процент кислоты будет меньше при меньшей концентрации крахмала и больше при большей концентрации крахмала.

Вопросы гидролиза крахмала и реверсии глюкозы в основном были разработаны П. М. Силиным [1 и 2]. Позднее более широко были развиты В. А. Смирновым [3].

Крахмал всегда содержит то или иное количество примесей, которые, реагируя с кислотой, понижают ее концентрацию в растворе. Наиболее сильно связывают кислоту фосфаты и аминокислоты.

Аминокислоты и другие продукты гидролиза белка, присутствующего в значительных количествах в кукурузном крахмале, который является в настоящее время по существу единственным видом крахмала, используемого при производстве кристаллической глюкозы у нас в стране, реагируют с соляной кислотой следующим образом：

nh；|r-coo, + НС1 w CY| nN ■ R ■ соон.

Соляной кислоты соединяется с примесями от 0,03 до 0,08% по весу крахмала или от 12,4 до 38% от производственной дозировки кислоты. При переработке крахмала низших сортов количество кислоты, связываемое с примесями этих крахмалов, может возрасти до значительной величины. Это обстоятельство необходимо учитывать, если процесс осахаривания проводить в течение таких же промежутков времени, как и для лучших

сортов.

Количество связанной с примесями соляной кислоты можно легко определить потенциометрическим титрованием кислых сиропов щелочью до pH 4,5.

Повышение температуры значительно увеличивает скорость гидролиза крахмала. Средний температурный коэффициент (Qio) равен 2,69, т. е. при повышении температуры на 10 ℃ кинетиче-. ская константа возрастает в 2,69 раза. Зависимость консФанты от температуры выражается следующим уравнением (для 0,1 н. раствора соляной кислоты pHal).

lgK = 0,043f —4,819.

Объединив уравнение для константы скорости гидролиза； крахмала в зависимости от pH и от температуры, можно напи

сать общее уравнение

IgK = — 3,74 — 1,072 pH + 0,043.

Кинетическая константа скорости гидролиза крахмала для температуры 100 ℃ и 0,1 н. раствора соляной кислоты равна 0,2995 (при измерении времени в часах).

Реакция реверсии глюкозы

В процессе кислотного гидролиза крахмала при достижении определенной концентрации глюкозы в растворе начинается образование продуктов реверсии. Заметное количество ревертоз, образуется в растворах глюкозы с концентрацией выше 10%'

при высокой концентрации кислоты (pH 1—2) и высокой температуре (свыше 100 °C). В растворах глюкозы с концентрацией 20—80% при pH 4——6 даже в течение очень длительных промежутков времени продуктов реверсии не обнаружено. Поэтому- при производстве кристаллической глюкозы процессе реверсии имеет практическое значение лишь при осахаривании крахмала. Продукты реверсии являются сложной смесью ангидридов и сахаридов. Монтгомери [5] и Томпсоном [6] найдены следующие продукты реверсии: изомальтоза, гентиобиоза, целлобиоза, трегалоза и др. Углеводы, не сбраживаемые дрожжами или осаждаемые непосредственно из кислых сиропов спирто-эфирным раствором, содержат 30—35% редуцирующих и нередуцирующих дисахаридов и 70——65% мономерных ангидридов. Средний молекулярный вес этих углеводов равен 230, степень полимеризации 1,4, Удельное вращение колеблется от 十63,8 до +65,2°, редуцирующая способность равна 36,7% (по глюкозе). Продукты реверсии глюкозы растворяются в 96 %-ном спирте, поэтому они не обнаруживаются «спиртовой пробой», применяемой для контроля за полнотой осахаривания декстринов.

Очень часто количество продуктов реверсии в крахмальных гидролизатах составляет 5%. Однако продукты реверсии при соответствующих условиях (разбавление растворов) могут быть вновь превращены в глюкозу, так как реакция реверсии обратима. Скорость прямой реакции, являющейся реакцией второго порядка, постепенно уменьшается в соответствии со снижением концентрации глюкозы с течением времени. Скорость обратной реакции (гидролиз ревертозы), являющейся реакцией первого порядка, возрастает по мере течения прямой реакции и повышения концентрации ревертоз. При равенстве скоростей обеих реакций устанавливается подвижное равновесие. Скорость реакции реверсии определяется разностью кинетических констант обеих реакций.

Общее дифференциальное уравнение скорости реакции реверсии:

= Ki (。一尤)2 —

где а ——исходное количество глюкозы;

х ——количество глюкозы, превратившееся в реверто- зу за время т;

& и К? — константы скорости соответственно реверсии глюкозы и гидролиза ревертозы.

Расчетным путем показано [3], что константа скорости реверсии глюкозы по сравнению с константой скорости обратной реакции очень мала.

Экспериментально найдено, что на величину констант Ki и /G, Так же как и на время достижения равновесия, не влияет кон-

центрация глюкозы в растворе, но влияет концентрация кислоты и температура. Так, с увеличением концентрации кислоты вдвое во столько же раз возрастают & н 凡 н абсолютная величина разности К—百2・ Таким образом, разность кинетических констант пропорциональна количеству кислоты в растворе. Несмотря на то, что изменяются Ki и К2, отношение их (равновесная константа К) остается постоянным, т. е. кислота ускоряет приближение состояния равновесия по времени.

Продукты реверсии практически не разрушаются кислотами.

Ориентировочно можно считать, что с увеличением температуры на 10 ℃ в пределах 110——140 ℃ время достижения равновесия уменьшается вдвое.

По экспериментальным данным В. А. Смирнова, при температуре 100 °C и 0,1 н. концентрации соляной кислоты константа скорости реверсии глюкозы равна 0,0004167. Следовательно, константа скорости реверсии глюкозы в 356 раз меньше константы скорости гидролиза крахмала.

Реакция разложения глюкозы

Наряду с реверсией в растворе одновременно происходит разложение глюкозы ——от молекулы глюкозы отщепляется три молекулы воды и образуется оксиметилфурфурол. Он очень неустойчив и легко превращается в муравьиную и левулиновую кислоты, а также в высокомолекулярные окрашенные гуминовые вещества. В условиях гидролиза крахмала образуются только красящие вещества. Соотношение между углеродом и водородом, наличие двойных связей, большая интенсивность окраски указывают на циклическую структуру красящих веществ. Эти вещества обладают редуцирующей способностью, заряжены отрицательно и имеют все свойства коллоидных электролитов.

Необратимое разложение глюкозы в растворе соляной и серной кислот протекает также по кинетическому уравнению первого порядка. Часовые константы скорости разложения глюкозы при ОД н. растворе соляной кислоты в зависимости от температуры могут быть вычислены по следующему уравнению:

IgK = 0,043f—7,4009.

Средний температурный коэффициент этой реакции (Qio) равен 2,69. Следовательно, этот коэффициент одинаков с коэффициентом для гидролиза крахмала, и ни изменением кислотности, ни изменением температуры реакцию распада глюкозы нельзя затормозить.

Константа скорости разложения глюкозы приблизительно в 400 раз меньше константы скорости гидролиза крахмала. Этим можно объяснить, почему в глюкозном производстве при осаха-

ривании крахмала распадается очень немного глюкозы (около 0,4%).

Выход кристаллической глюкозы из крахмала в основном зависит от степени осахаривания его. Степень осахаривания

оценивается как отношение содержания редуцирующих веществ в полученном гидролизате к общему содержанию сухих веществ

и выражается в процентах.

На рис. 9 показано изменение степени осахаривания картофельного крахмала [17], определенное по нарастанию содержания редуцирующих веществ, в зависимости от концентрации крахмала и серной кислоты. Гидролиз проводился при атмосферном давлении. Как видно, кривые осахаривания сначала круто поднимаются вверх, достигают максимума, а затем плавно опускаются.

Появление максимума на кривой осахаривания является результатом того, что к данному моменту времени реакция гидролиза крахмала прошла сравнительно далеко, а реакция реверсии глюкозы еще не дошла до состояния равновесия. При достижении состояния подвижного равновесия степень осахаривания начинает уменьшаться. Однако в силу того, что эта реакция обратима, кривые осахаривания

Рис. 9. Изменения степени осахаривания картофельного крахмала в зависимости от концентрации крахмала и серной кислоты (при атмосферном давлении).Рис. 9. Изменения степени осахаривания картофельного крахмала в зависимости от концентрации крахмала и серной кислоты (при атмосферном давлении).при этом не спускаются круто, а располагаются почти параллельно оси абсцисс (конечная доброкачественность гидролизата). Как видно, максимальная степень осахаривания несколько выше конечной. Она не зависит от концентрации кислоты и температуры, а зависит только от концентрации крахмальной суспензии. Например, при выработке пищевой глюкозы с доброкачественностью в пределах 70——80% осахаривается крахмальная суспензия с концентрацией 30——35%, а для получения глюкозных сиропов с доброкачественностью 89—90%, используемых при производстве кристаллической глюкозы, берут крахмальную суспензию с концентрацией 22—25%.

Рис. 9. Изменения степени осахаривания картофельного крахмала в зависимости от концентрации крахмала и серной кислоты (при атмосферном давлении).

Рис. 9. Изменения степени осахаривания картофельного крахмала в зависимости от концентрации крахмала и серной кислоты (при атмосферном давлении).

Доброкачественность крахмальных гидролизатов 90% не является пределом.

П. М. Силиным и Е. М. Сапегиной [2] установлено, что конечная доброкачественность гидролизатов будет тем выше, чем

ниже концентрация исходной крахмальной суспензии, но достигает 100% лишь при бесконечно малой ее величине (рис. 10).

На рис. 11 изображена экспериментально полученная [8] но

мограмма доброкачественности сиропа в зависимости от концентрации осахариваемой массы f, которая изменялась от 23 до 14,5%. Осахариванию подвергался обычный кукурузный крахмал с содержанием протеина в качестве примеси 0,7—0,8%. Экспериментальная номограмма подтверждает увеличение доброкачественности гидролизатов с разбавлением осахаривае- 、 мой массы. Так, при кон-

Рис. 10. Конечная доброкачествен-Рис. 10. Конечная доброкачествен-ность сиропа при осахаривании крахмала кислотой.ность сиропа при осахаривании крахмала кислотой.центрации 24,5 % доброкачественность находится на уровне 89,8%, при снижении концентрации до 15% доброкачественность повышается до 94%. Содержание глюкозы при этом повышается с 85 до 89,5%. В гидролизатах содержание глюкозы определялось методом Зихерта-Блейера.

Рис. 10. Конечная доброкачествен-

Рис. 10. Конечная доброкачествен-

ность сиропа при осахаривании крахмала кислотой.

ность сиропа при осахаривании крахмала кислотой.

Известно, что повышение доброкачественности гидролизата на 1 %

основании этого можно считать, чтоосновании этого можно считать, чтодает увеличение выхода кристаллической глюкозы примерно на 3%. На указанное повышение доб

основании этого можно считать, что

основании этого можно считать, что

рокачественности обеспечит значительное повышение выхода кристаллической глюкозы (свыше 10%).

Продолжительность осахаривания крахмала значительно удлиняется с разбавлением исходных крахмальных суспензий, если соляную кислоту дозировать из расчета 0,5% газообразного НС1 по массе перерабатываемого крахмала, как это сейчас

практикуется.

Так, при концентрации осахариваемой массы 15——17% для достижения максимальной доброкачественности потребуются

промежутки жительностипромежутки жительностивремени более 40 мин. Такое увеличение

промежутки жительности

промежутки жительности

продол-продол-нежелательно, так как мощность соответствующего

продол-

продол-

оборудования значительно уменьшается. Если в процессе оса-； харивания поддерживать одинаковую объемную концентрацию ； соляной кислоты, т. е. дозировать ее не по весу крахмала, а по 『；

объему осахариваемой массы, то продолжительность осахари-объему осахариваемой массы, то продолжительность осахари-1 В связи с разбавлением продукта при осахаривании крахмала в конверторе оценка результатов ■ производилась не по концентрации исходной крахмальной суспензии, а по концентрации получаемого гидролизата.

объему осахариваемой массы, то продолжительность осахари-

объему осахариваемой массы, то продолжительность осахари-

вания не зависит от концентрации исходной суспензии. Продолжительность осахаривания не превышает 20—30 мин, если объемная концентрация находится на уровне 0,040——0,045 н. в зависимости от качества перерабатываемого крахмала.

Из рис. 12 и 13 видно, что дальнейшее увеличение концентрации соляной кислоты до 0,25——0,30 н., как это рекомендовалось в отдельных работах, нецелесообразно по следующим причинам.

Концентрация, %

Рис. 11. Максимальная доброкачественность и содержание глюкозы в гидролизатах крахмала в зависимости от концентрации осахариваемой массы：

J — содержание редуцирующих веществ; 2 — содержание глюкозы.

При такой высокой концентрации кислоты гидролиз протекает очень быстро (см. кривая 4 на рис. 12；). Уже по истечении 5 мин наблюдается максимальная доброкачественность и гидролизат приобретает постоянное удельное вращение, характерное для глюкозы (см. кривая 4 на рис. 13, которая располагается параллельно оси абсцисс). С увеличением времени осахаривания доброкачественность вначале быстро снижается, а затем снова наблюдается подъем, хотя и меньший, чем в первый раз. Таким образом, уловить максимальную доброкачественность не представляется возможным. Кроме того, получаемые гидролизаты имеют значительно большую цветность (см. кривые Г, 2‘，3’ и 4Г на рис. 12).

Повышенная цветность гидролизатов в глюкозном производстве—неприятное явление, так как расходуется большое коли-

5 川 15 2。

25 30 35 4 0

Продолшительноеть,步“"

Рис 13. Удельное вращение гидролизатов крахмала в зависимости от продолжительности гидролиза при разных концентрациях соляной кислоты:

^3 l^^s^鼻弋言

о

5 拒 /5 20 25 30 35 4。

Продолшигпельности，мин

]2. Продолжительность осахаривания крах- и цветность гидролизатов в зависимости от концентрации соляной кислоты:

%

/ * QESOHHagunahgodwu

-QflnHr}^snxgahnso 4 3 2f

Рис.

мала

Й

контра号力也阪曬/然，凱後呼4-。，。5。Н,

н.

концентрация Л^-0.0Г0,№ J.Lo^O;O«

匸ество адсорбентов” напрнмер актнвнрованного умя》^м обесиве^ивання снрогта.

При концентрauHS кнспотн 039 н ннже цветность ГНАРОЛНГ затов прнмакснмальноН доброкаиественности Постм не зависит от AO3POBKKHCjioTN Однако после достнження максимума цветность нарастает тем dblcTPS чем выше концентрацня кнс— ЛОТЕ* Цветность снропов несколько увелнинваетсн и прн пов Ееннн температуросахарнваннн свнше обьпно принятой (147 ОС) • С точки зрения нветностн гндролизатов осахарнванне крахмала целесообразнее проводить Прболее Ий8§да кислот— ноетм более низкой темпер атурпрн сннженнн когщентраинн мсходноН крахмальной суспензнн цветность снропов также снн・ %ается・

С увелнненнем дознровкн КНСЛОТЕВ гндролнзатах повь Еаетсн сопержанне хлористогоaTP3 образующегося в резуль， тате я^^н^ёж«^§ж соляной KHSOTbl кальинннрованной содо В связи с ①тнм доброкачественность гндролнзата》подсинтанная обыиннм способом” будет НН%① тнм обстоятельством можно 06yясннтр почему〔1 二 не удавалось обнаружить увелннення доброкапественностн гнпролнзатов с разбавлением ^oss^s крахмальннх суспензии даже npодннаковой объемной кониен* и^^с-ss Соланокнсмоты в процессе осахарнвани Дня сравнительное оценкн вепнинн доброкаиественностн в таком спуиае целесообразнее пользоваться прнвепеннодобро— качественностью 宀8】Для ее подсчета репугнруюцхне вещества относят к сухнм веществам за вычетом-хкорнстого натрмр ко, торого в панномгнАролнзате имеется евшие 戶 8家(на сухое вещество)》50 характерно §м существующего способа гндро— нза・ На рнс 11 приводятся велниннЕ Приведенной доброкаие， ственностн,

повышенное содержанне хлористого натрнн в шюкозннх 「НАРОЛНЗатах отрицательно сказывается на процессе крнстанпн— защш мюкозд так как ПОВЕтаетсн ее растворимость。Позтому огшеанннй способ гнпроннза разбавленных крахмальннх Сус, пензий найдет прнмененне в основном прн пронзводстве глюко, зы методом двойного соедннення- когда поваренная соль спецнально добавляется в глюкозные енрогш для Образованна сое/шненнн (c6H1206)2・Nacl・H2

Как бнло показано ВЕШа благодаря переработке разбавлен， них крахмальнЕХ суспензий повышаетсн выход крнсталлнче, йо^ ЗЮКОЗЕР везепствне чего снижается себестоимость Гото, вой продукшш，Но одновременно увелнинвается расход ВСГЮМО1 гательннх материалов (соляное KHCJIOTg каньцнннрованноВ сщщ) н топлива на осахаривание s wsnw^swwffiso енропо屮 т・ е увемминваетсн стоимость переработка что отрнцательно сказь вается на себестонмост戶 Кроме тоз прн внедреннн данного предложения потребуются н дополннтельньге капнтамовложеннн

Й

Рис. 14. Конвертор.Рис. 14. Конвертор.douwenuDdEpaH gdouwenuDdEpaH g

Рис. 14. Конвертор.

Рис. 14. Конвертор.

douwenuDdEpaH g

douwenuDdEpaH g

на станции гидролиза крахмала и выпаривания. Экономический расчет [8] показывает, что оптимальная концентрация крахмальной суспензии, направляемой на гидролиз, должна находиться в пределах 18%. К такому же выводу пришли и зарубежные исследователи.

Осахаривание крахмала в производстве

При производстве кристаллической глюкозы в настоящее время на отечественных предприятиях поддерживается следующий технологический режим осахаривания крахмала:

Концентрация крахмальной суспензии, % .....22—25

Дозировка кислоты, % газа НС1 по безводному крахмалу 0,50—0,65

Избыточное давление при гидролизе, ат, что соответствует температуре насыщенного пара 138—147℃ 2,7—3,5

Продолжительность в зависимости от давления.

В этих условиях в зависимости от качества крахмала сироп имеет доброкачественность 88—90%.

Осахаривание обычно осуществляется в конверторах [7].

Процесс осахаривания в конверторе (рис. 14) производится следующим образом. Сначала в конвертор заливают из специального мерника

порцию подкисленной воды по трубе 么 В эту воду подается 2/3 или вся порция кислоты, необходимой для осахаривания крахмала. После этого в барботер пускают пар и доводят воду до кипения. Затем приступают к заварке крах- мала. Для этого крахмальная суспензия, содержащая Уз порции кислоты или без предварительного подкисления, направляется из мерника в конвертор по трубе 6. Процесс заварки ведется при небольшом избыточном давлении внутри конвертора (0,2— 0,3 ат), которое свидетельствует о. непрерывном кипении массы. Для преодоления этого давления мерник крахмальной

суспензии необходимо установить над конвертором на высоте 5 м. Для отвода воздуха и пара при заполнении конвертора, а также для сообщения его с атмосферой после окончания цикла работы служит труба 7. Открытый конец этой трубы, загнутый кберху, входит в специальную ловушку 8. Воздух и п*ар из этой ловушки направляются в атмосферу. Частички клейстера или сиропа, захваченные паром, попадая в ловушку, теряют скорость, оседают в ней и по трубе 9 спускаются в специальный сборник. При установке нескольких конверторов может быть одна общая ловушка. Кроме основного количества пара, подаваемого в конвертор через барботер /7, часть пара подают в нижнюю часть конвертора через трубу 12 для предотвращения образования комков клейстера в слое осахариваемой массы ниже барботера. Заполнять конвертор крахмальной суспензией больше чем на 70% его емкости не рекомендуется, так как это приводит к большим потерям при заварке. Кроме того, следует учесть, что объем жидкости в конверторе в процессе работы будет увеличиваться за счет конденсации пара.

После спуска подлежащей осахариванию порции крахмальной суспензии перекрывают все краны, предварительно пропустив воду по трубе 4 для удаления остатков крахмала в трубе 6. Увеличивая поступление пара через барботер, быстро доводят давление внутри конвертора точно до установленной величины, а затем закрывают пар и через 3—6 мин из конвертора отбирается проба сиропа, которая анализируется на содержание декстринов с помощью качественной реакции с этиловым спиртом (спиртовая проба). Для этого наливают в пробирку 3——5 мл 96%-ного спирта и добавляют к нему 3—4 капли сиропа. При наличии декстринов в сиропе в результате смешения выпадает белая муть. Если декстринов нет, сироп смешивается со спиртом без выпадения мути. После этого сироп выдерживается в конверторе строго определенное время, а затем открывается выдувной вентиль 15 и сироп выдувается в нейтрализатор.

Отбор проб осахаренного сиропа осуществляется через трубу 14. Для этого, закрыв вентиль 6, открывают вентиль а; осахаренный сироп под давлением устремляется в трубку 14 и через вентиль а выходит наружу в подставленный медный ковш. После взятия пробы вентиль а снова закрывают, а вентиль 6 открывают, чтобы открыть доступ пара в конвертор по трубе 14. 丄

Продолжительность осахаривания на каждом заводе нужно устанавливать экспериментально. Для этого в процессе осахаривания после положительной спиртовой пробы через каждые 3——5 мин отбирают пробы сиропа и тотчас нейтрализуют их раствором соды до pH 4,7——5,0. Продолжительность контрольного гидролиза обычно составляет 30—40 мин. В пробах определяют доброкачественность и строят кривую осахаривания, от-

кладывая на оси абсцисс продолжительность осахаривания, а на оси ординат — доброкачественность (рис. 15).

Такая кривая сначала быстро поднимается вверх, а затем достигнув максимума, начинает опускаться. Время, которому соответствует наибольшая доброкачественность, и будет оптимальным для данных условий. Чтобы получить наибольшую доброкачественность в нейтрализаторе, сироп из конвертора начинают выдувать на 2—3 мин раньше, чем это соответствует

оптимальной продолжительности.

На рис. 15 видно, что наивысшая доброкачественность гидролизата получается через 25 мин после достижения необходи-

Продол^ительность ocaxapuSa-Продол^ительность ocaxapuSa-ния ,ния ,Рис. 15. Кривая осахаривания крахмала.Рис. 15. Кривая осахаривания крахмала.мого давления или через 19 мин после получения положительной спиртовой пробы (время достижения спиртовой пробы на рисунке обозначено буквой S).

Продол^ительность ocaxapuSa-

Продол^ительность ocaxapuSa-

ния ,

ния ,

Рис. 15. Кривая осахаривания крахмала.

Рис. 15. Кривая осахаривания крахмала.

Экспериментальное определение оптимальной продолжительности необходимо производить при установившейся работе завода не менее 1 раза в месяц, а при изменяющихся условиях —- чаще.

необходимо соблюдать следующиенеобходимо соблюдать следующиеВо избежание изменения установленного режима осахаривания в производстве условия:

необходимо соблюдать следующие

необходимо соблюдать следующие

поддерживать постоянным качество крахмала;

не допускать колебаний концентрации осахариваемой массы свыше 土0,5%;

точно дозировать кислоту с учетом ее концентрации;

точно отмеривать порции крахмальной суспензии, не допуская недоливов или переливов;

строго поддерживать установленное давление; даже незначительное отклонение в давлении заметно влияет на продолжительность осахаривания, а следовательно, и на доброкачественность. Поэтому для измерения давления необходимо пользоваться проверенным манометром с ценой деления 0,1 ат;

точно выдерживать установленную продолжительность осахаривания.

При соблюдении указанных условий готовность сиропа, определяемая по спиртовой пробе, обычно наступает через одно и то же время. Поэтому иногда продолжительность осахаривания устанавливают с момента достижения нужного давления.

Спиртовой пробой пользуются лишь 1——2 раза в смену с целью проверки.

Продолжительность отдельных операций осахаривания крахмальной суспензии, имеющей концентрацию 25%, при дозировке соляной кислоты 0,6% и избыточном давлении 2,7—3,2 ат составляет (в мин):

Продолжительность спуска и нагрева подкисленной

воды•2

Заварка крахмала• 7—10

Поднятие давления 4—6

Осахаривание до спиртовой пробы 7—10

после спиртовой пробы 16—24

выдувание осахаренного сиропа 4—6

Полный оборот конвертора . . . 40—60

Необходимо отметить, что все запорные вентили в конверторе должны быть в полной исправности. Малейшая неплотность, например, в запорном вентиле для крахмальной суспензии может привести к попаданию пара из конвертора в мерник и клейстеризации крахмала в мернике и трубах. Пропуски выдувного вентиля приведут к попаданию крахмала в сироп, что недопустимо. В таком случае нейтрализованный сироп даст синее окрашивание с раствором йода.

Основным недостатком конвертора является периодичность его действия. С этим связано, прежде всего, неравномерное потребление пара, что усложняет эксплуатацию котельной установки. Периодическое выдувание сиропа в нейтрализатор затрудняет утилизацию тепла, образующегося в результате самоиспарения. Кроме того, осахаривание в конверторе не может обеспечить постоянного углеводного состава гидролизатов.

В последние годы в паточном и глюкозном производстве все большее распространение получают непрерывные осахарива- тели. Использование непрерывно действующего оборудования взамен конверторов даст возможность устранить указанные недостатки.

На рис. 16 представлена схема непрерывного осахаривателя, сконструированного С. Ф. Кравченко и Ю. А. Беловым. Такой осахариватель уже работает на глюкозном заводе Бесланского маисового комбината (Северо-Осетинская АССР).

Подкисленная крахмальная суспензия из сборника / насосом подается на подогреватели 4 поверхностного типа для предварительного подогрева до температуры, близкой к температуре клейстеризации. Подогретая суспензия попадает в смесители 5, где осуществляется клейстеризация крахмала и подогрев массы до температуры осахаривания (около 145℃).

В смеситель подается острый пар непосредственно в крахмальную суспензию, благодаря чему достигается хорошее перемешивание жассы в период клейстеризации. Непосредственное введение пара в продукт в данном случае в отличие от паточного производства не будет связано с излишними затратами на выпаривание, так как для поддержания строго определенной концентрации осахариваемой массы, от которой зависит степень осахаривания крахмала, на гидролиз можно направлять исходную суспензию большей плотности.

в атмосферув атмосферуРнс. 16. Схема непрерывного осахарнвателя для глюкозы:Рнс. 16. Схема непрерывного осахарнвателя для глюкозы:/——сборннк крахмальной суспензии; 2 — иасос мембранный; 3——сборннк подкисленной воды; 4 — подогреватель (трубчатый); 5—подогреватель-смеситель; 6 ——емкость для осахаривания; 7 ——емкость регулятора; 8 ——нейтрализатор; 9 ——испаритель; 10 — сепаратор пара; И — pH-метр показывающий； /2 — сборник нейтралнзованиого сиропа./——сборннк крахмальной суспензии; 2 — иасос мембранный; 3——сборннк подкисленной воды; 4 — подогреватель (трубчатый); 5—подогреватель-смеситель; 6 ——емкость для осахаривания; 7 ——емкость регулятора; 8 ——нейтрализатор; 9 ——испаритель; 10 — сепаратор пара; И — pH-метр показывающий； /2 — сборник нейтралнзованиого сиропа.омо豆罟fq呈Hndxомо豆罟fq呈Hndx

в атмосферу

в атмосферу

Рнс. 16. Схема непрерывного осахарнвателя для глюкозы:

Рнс. 16. Схема непрерывного осахарнвателя для глюкозы:

/——сборннк крахмальной суспензии; 2 — иасос мембранный; 3——сборннк подкисленной воды; 4 — подогреватель (трубчатый); 5—подогреватель-смеситель; 6 ——емкость для осахаривания; 7 ——емкость регулятора; 8 ——нейтрализатор; 9 ——испаритель; 10 — сепаратор пара; И — pH-метр показывающий； /2 — сборник нейтралнзованиого сиропа.

/——сборннк крахмальной суспензии; 2 — иасос мембранный; 3——сборннк подкисленной воды; 4 — подогреватель (трубчатый); 5—подогреватель-смеситель; 6 ——емкость для осахаривания; 7 ——емкость регулятора; 8 ——нейтрализатор; 9 ——испаритель; 10 — сепаратор пара; И — pH-метр показывающий； /2 — сборник нейтралнзованиого сиропа.

омо豆罟fq呈Hndx

омо豆罟fq呈Hndx

Далее сироп нагнетается в осахаривающую емкость 6, в ней и завершается процесс осахаривания. Регулируя скорость прохождения сиропа, а также количество подогревателей, можно регулировать время пребывания в них сиропа, а следовательно,: и степень осахаривания.и

Осахаренный сироп поступает в непрерывно действующий ； нейтрализатор 8, куда подается раствор кальцинированной со-； ды подсасыванием путем эжекции. Из нейтрализатора сироп Ч попадает в испаритель 9, в котором давление в сиропе сни-: жается до атмосферного, а температура до 105—106 ℃. Обра-； зующийся за счет самоиспарения пар используется на подогрев крахмальной суспензии, а нейтрализованный сироп поступает на : дальнейшую обработку..

Ввод непрерывного осахарнвателя в работу необходимо на- j чинать пропусканием подкисленной воды через всю систему, а | 48】

затем уже можно направить подкисленную крахмальную суспензию. Перед остановкой осахаривателя прекращают вначале подачу крахмальной суспензии и начинают пропускать воду, чтобы промыть всю систему. То же самое необходимо сделать при внезапной остановке насоса, подающего крахмальную суспензию в осахариватель, в случае прекращения подачи пара.

В процессе работы осахаривателя необходимо обеспечить нормальный отвод конденсата из теплообменников, чтобы не нарушать принятый температурный режим осахаривания.

Замена конвертора непрерывно действующим осахаривате- лем в глюкозном производстве дала возможность:

сократить расход пара на 4—5%;

улучшить условия эксплуатации котельных установок благодаря равномерному потреблению пара;

повысить качество глюкозных гидролизатов благодаря более постоянному углеводному составу;

значительно упростить обслуживание этой стадии производства, тем более ^то работу такой установки легко автоматизировать.

ЛИТЕРАТУРА1

L С и л и и П. М. Известия Томского технологического института. Т. 45, 1924, стр. 56.

С и л и н П. М. и Сапегина Е. А. Труды Воронежского химикотехнологического института пищевой промышленности. Т. 3——4, 1939, стр. 79.

Смирнов В. А. Труды Ленинградского технологического института пищевой промышленности. Т. 13, 1956, стр. 116, 133, 142.

Rolfe G., D е f г е п G. J. Ат. Спет. Soc. Vol. 18, 1896, р. 809.

Montgomery Е., W е a k 1 с у F. J. Assoc. Offic. Agric. Chemistry. Vol. 36, № 4, 1953, p. 1094.

Thompson А., А п п о k., W о 1 f г о m M. J. Am. Ch. Soc. Vol. 76, № 5, 1954, p. 1309.

Баканов H. А. н др. Технология крахмало-паточного производства. Пищепромнздат, 1959, стр. 343.

Л а д у р Т. А. «Сахарная промышленность», 1965, № 5, стр. 69.

Теренина Н. Г. «Пищевая промышленность», ЦИНТИПищепром> 1961, № 2, стр. 27,

Керр В. Химия и технология крахмала. Пищепромнздат, 1956, стр. 321.

Рндзевскнй. J. Przem. rolny i spozywczy. 1954, 8, № 7, S. 255.

Глава i i i

НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ глюкозного сиропа

Для нейтрализации глюкозного сиропа применяется раствор кальцинированной соды плотностью 18 °Бр. Правильное ведение процесса нейтрализации имеет весьма важное значение в производстве глюкозы, так как от этого в основном зависит хорошая очистка сиропа от несахаров (от азотистых веществ

и солей железа в виде гидроокиси), скоагулировавшихся при нейтрализации, а также устойчивость цветности сиропов при их уваривании. Поэтому при нейтрализации сиропа необходимо расходовать такое количество соды, чтобы нейтрализовать только свободную соляную кислоту. Хотя действие кислоты в процессе гидролиза чисто каталитическое и она остается свободной, однако примеси, содержащиеся в крахмале, реагируют с ней, что затрудняет подсчет расхода соды на нейтрализацию. На основании длительного производственного опыта кислый сироп нейтрализуют содовым раствором до pH 4,7——5,0. Эти величины pH можно считать оптимальными, так как при таких условиях из нейтрализуемых сиропов удается скоагулировать максимальное количество примесей, что позволяет после их фильтрации получить сироп, менее чувствительный к нагреву в смысле нарастания цветности и легко поддающийся обесцвечиванию активированным углем.

Кроме того, при указанных pH, скоагулированные хлопья имеют наибольшие размеры, что значительно улучшает механическую фильтрацию отнейтрализованного сиропа.

Контроль нейтрализации лучше всего осуществлять путем определения pH сиропа с применением индикатора бромтимола синего. Нейтрализацию считают законченной, если капля раствора бромтимола синего, прибавленного к сиропу, будет давать синее окрашивание. Для проверки берут 50 мл отфильтрованного сиропа и титруют 0,1 н. NaOH в присутствии индикатора бромтимола синего. Если от прибавления 1,0——1,1 мл щелочи окраска индикатора переходит в сине-зеленую, то нейтрализация проведена правильно. В процессе нейтрализации глюкозных сиропов раствором кальцинированной соды по мере увеличения pH находящиеся в сиропе соли железа постепенно выпадают в осадок в виде гидроокиси, а при pH выше 4,7 железо-синеродистый калий уже не дает с сиропом синего окрашивания.

Этот принцип успешно используется для контроля нейтрализации. I

Для анализа берут 2——3 мл сиропа из нейтрализатора в фарфоровую чашку и добавляют 2—3 капли 0,2%-ного раствора красной кросяной соли или смачивают сиропом сухую полоску фильтровальной бумаги, пропитанной 1 %-ным раствором той же соли.

Нормально отнейтрализованные сиропы как в том, так и в другом случае не должны давать синего окрашивания. Для обеспечения равномерности процесса нейтрализации работать необходимо на одной постоянной концентрации содового раствора, подготовленного под контролем лаборатории в количестве сменной потребности. Нужные порции содового раствора при периодической нейтрализации лучше всего отмеривать специальным мерником. Расход кальцинированной соды составляет 50

около 22 кг на 1 т товарной глюкозы. В настоящее время при производстве кристаллической глюкозы гидролиз крахмала осуществляется периодически или непрерывно, а поэтому и нейтрализация сиропов ведется периодически или непрерывно.

Так, например, на Бесланском маисовом комбинате при получении кристаллической глюкозы гидролиз крахмала проводится или на конверторах, или на непрерывно действующих осахаривателях. Поэтому для каждого крахмала устанавливается специальное оборудование для нейтрализации сиропа. На рис. 17 изображен нейтрализатор периодического действия с мерником для содового раствора. Нейтрализационный чан 1 имеет цилиндрическую форму, изготовляется он из нержавеющей стали или досок толщиной 90——100 мм, которые стягиваются специальными стяжками на обручах из круглого железа. Для удаления пара и углекислоты из внутреннего пространства чана в атмосферу в верхнем наглухо заделанном днище имеется труба 2.

Кроме того, в этом же днище устроен люк для проникновения во внутрь чана при очистке или ремонте нейтрализатора.

Перемешивание сиропа с содовым раствором осуществляется сжатым воздухом. Расход воздуха колеблется от 1 до 4 м3 на каждые 100 кг безводного крахмала в зависимости от количества нейтрализуемого сиропа,

устройства нейтрализатора и времени нейтрализации. Для этой цели на дне чана устанавливается воздушный барботер 12. Сжатый воздух поступает в него по трубе 3. Сироп под избыточным давлением 2,5—-3,5 ат, которое создается в конверторе во время гидролиза крахмала, по трубе 4 выдувается в нейтрализатор. При этом сироп имеет температуру 138—147℃.

При выходе из конвертора в нейтрализатор температура сиропа снижается до 100——102 ℃, что сопровождается значительным выделением пара в результате самоиспарения, а затем до 95—90 ℃ благодаря подаваемому содовому раствору и перемешиванию его с сиропом сжатым воздухом, поступающим через барботер 12.

Для предохранения днища нейтрализационного чана от разрушения струей сиропа под выдувной трубой 4 в центре чана

устанавливается рифленый конус 5. Струя сиропа, выходя из выдувной трубы, ударяется о конус и в виде брызг отбрасы^ вается на стенки чана, по которым стекает на дно. Кроме того, с той же целью на дно нейтрализатора кладется вставное сменяемое деревянное дно из досок толщиной 100 мм. Конец трубы и конус крепятся к стенкам чана тягами 6.

Для предотвращения уноса частичек сиропа с выделяющимся паром, который отводится в атмосферу, перед вытяжной трубой 2 подвешен конус 7.

Содовый раствор подается во внутрь чана барботером 8、 расположенным немного ниже середины чана. В барботер раствор поступает из специального мерника 9. Для спуска отней- трализованного сиропа в дно чана вмонтирована труба с краном 10. Для отбора проб сиропа чан имеет пробный кран 11. Емкость нейтрализационного чана рассчитывается так, чтобы порция кислого сиропа из конвертора занимала 15% общей емкости нейтрализатора. Описанная конструкция нейтрализатора позволяет проводить процесс нейтрализации со всеми необходимыми предосторожностями как в смысле снижения потерь с паром от самоиспарения, так и обеспечения лучшего перемешивания сиропа с содовым раствором, что является крайне необходимым для правильной нейтрализации.

Г л а в a I V

ОЧИСТКА И УВАРИВАНИЕ ГЛЮКОЗНЫХ СИРОПОВМеханическая фильтрация нейтрализованных глюкозныхсиропов(

При правильно проведенном процессе нейтрализации кислых глюкозных сиропов образуются хлопьевидные скоагулирован- ные белки с примесью жиров, которые могут в спокойном состоянии почти целиком осесть на дно нейтрализатора.

Однако в процессе производства не так легко их отделить от сиропа ввиду разнородности осадка по величине частиц и коллоидному характеру.

Для улучшения очистки сиропов во всех случаях нейтрализованные сиропы до направления их на фильтрационную стан- цню должны подвергаться предварительной обработке, которая заключается в изменении характера суспендированных веществ с тем, чтобы лепешка из этих веществ, образующаяся на фильтрационных поверхностях, стала достаточно проницаемой. Это достигается добавлением к сиропу веществ, называемых наполнителями. Такими наполнителями являются в основном диатомиты.

В нашей стране имеется много хороших месторождений диатомита, но, к сожалению, заводам-потребителям он отправляется не в облагороженном виде, что отрицательно влияет на технологический процесс очистки глюкозных сиропов.

Главной составной частью диатомита является кремнезем. В лучших сортах диатомитов после их облагораживания кремнезема содержится от 92 до 95%. Хорошие диатомиты почти полностью состоят из 1 отдельных скелетов диатомов различной формы. Насыпной вес одного литра сухого размолотого диатомита колеблется от 141 до 243 г. Вес одного литра неразмоло- того диатомита хорошего качества составляет 258—342 г. Цвет облагороженного диатомита высокого качества бывает почти белый. Темная окраска диатомитов свидетельствует о повышенном содержании примесей и снижает его качество.

Объемный вес хороших диатомитов составляет 2100— 2200 кг/м3. Пористость диатомитов достигает 89%. При высокой поглотительной способности диатомитов адсорбционная способность их очень низкая.

Диатомиты как наполнители облегчают фильтрацию сиропов благодаря развитой поверхности в виде огромного количества тонких капилляров. При фильтрации растворов наиболее мелкие частицы поглощаются диатомитами, а более крупные просто обволакивают частицы наполнителя, вследствие чего проницаемость смешанной лепешки, состоящей из хлопьевидных частиц нейтрализованного сиропа и диатомита, значительно повышается. Однако качество лепешки может ухудшаться, если фильтрации подвергаются сиропы, полученные из кукурузного крахмала с повышенным содержанием белка (выше 0,5—0,6%), а также в случае перенейтрализации сиропов. При этих условиях скорость фильтрации резко снижается. Фильтрация сиропов основана на принципе задержания взвешенных частиц фильтрующей перегородкой, имеющей поры, пропускающие сироп, но задерживающие суспендированные вещества, заключающиеся в нем.

Для ускорения фильтрации сироп на фильтрпресс подается под давлением. Для фильтрации сиропов применяется специальная ткань.

При выборе ткани нет необходимости, чтобы она имела очень мелкие отверстия, так как мелкие частички осадка в начале фильтрации проходят через нее так же, как и через ткань с более крупными отверстиями. В то же время ткань с мелкими отверстиями быстро зарабатывается, что чрезмерно увеличивает сопротивление фильтрующей поверхности и снижает скорость фильтрации. Следовательно, для фильтрации глюкозных сиропов подходит ткань с отверстиями, которые смогли бы задерживать частицы среднего размера.

Такой тканью может служить фильтродиагональ, фильтро- миткаль и бельтинг. Расход ткани составляет 1,45 龙 на тонну товарной глюкозы. '

Качество фильтровальной ткани и наполнителя оказывает большое влияние на скорость фильтрации. Плотность сиропов, подвергающихся фильтрации, обычно бывает 20—23°Вр, доброкачественность 89—91% и температура 80—85 ℃. Под скоростью фильтрации принято понимать объемное количество жидкости, проходящей через 1 м2 фильтрующей поверхности в единицу времени. Скорость фильтрации в основном зависит от структуры и характера суспендированных веществ сиропов, а также от плотности, вязкости и температуры сиропа.

Вязкость в свою очередь зависит от доброкачественности глюкозных растворов. По мере снижения доброкачественности вязкость растворов при одной и той же температуре увеличивается.

Большое влияние на скорость фильтрации оказывает температура. При снижении температуры сиропа резко снижается скорость фильтрации.

Применение диатомита облегчает фильтрацию сиропов благодаря тому, что грязевая лепешка обладает меньшей сжимаемостью и большей пористостью, чем грязь осадка, скоагули- рованного из сиропа. Толщина лепешки с применением диатомита достигает 25——30 мм. Диатомит не является адсорбционным материалом, он не обесцвечивает сиропы и в производстве применяется как наполнитель, облегчающий фильтрацию.

Окраска сиропов зависит от качества перерабатываемого крахмала, способа ведения гидролиза и нейтрализации кислых сиропов. Жидкий сироп после механического отделения от него скоагулировавшихся веществ в смеси с диатомитом подвергается очистке с целью удаления из него красящих веществ, являющихся продуктами гидролиза белков и частично продуктами разложения углеводов. До появления активированного угля обесцвечивание сиропов в нашей стране производилось костеугольной крупкой. Впоследствии для обесцвечивания сиропов начали применять активированный уголь (норит). Активированный уголь получается путем обугливания органических веществ, смешанных с активирующими прибавками (неорганическими веществами), с последующим удалением углеводородов, что достигается прокаливанием угля при необходимых условиях или разрушением сорбированных веществ действием окисляющих газов. При этом стенки угля утончаются и расширяются поры, вследствие чего увеличивается удельная поверхность угля. Расширение капиллярных отверстий облегчает доступ сиропа во внутренние части крупинок угля. Основными показателями активированного угля, применяемого для очистки глюкозных сиропов, являются его обесцвечивающая и ад-

сорбционная способность по отношению к красящим веществам и растворимым белкам.

Обесцвечивающая способность норита зависит от содержания в нем углерода, поэтому при производстве активированного угля содержание углерода доводят до 96—97%. Углерод обладает высокими обесцвечивающими и адсорбционными свойствами, в особенности, когда он находится в раздробленном состоянии. Размер частиц по диаметру стремятся получить в 'пределах от 10'5 до 10-7 см. Обесцвечивающая способность активированных углей по отношению к стандартной колеблется от 70 до 150%. Одним из важных показателей качества норита является зернение угля. Норит должен полностью проходить через сито с 62 клетками на 1 см2. Допускается содержание незначительного количества коллоидного угля, в противном случае при фильтрации он вначале будет проходить вместе с сиропом через *поры фильтрующей ткани, при этом поры забиваются и фильтрация замедляется. Коллоидные частицы активированного угля можно обнаружить по образованию пленки на поверхности воды, в которой был размешан уголь.

Объемный вес размельченного активированного угля различных марок колеблется от 0,03 до 1,0 г/бж3.

Согласно технологической схеме производства кристаллической глюкозы осветлению подвергаются жидкие и густые сиропы. При выпаривании жидких сиропов в выпарке, несмотря на низкую температуру (90—60 ℃), цветность сиропа нарастает, для обесцвечивания густые сиропы дважды подвергаются обработке активированным углем. Расход угля по схеме без гидролиза зеленой патоки в зависимости от качества перерабатываемого крахмала и активности угля составляет 1——1,3% к сухим веществам обесцвечиваемого сиропа.

Из указанного количества угля обычно 20% расходуется на очистку жидкого сиропа и 80% —на очистку густого сиропа.

При работе завода по схеме с осахариванием зеленой патоки расход активированного угля увеличивается и составляет 1,5一2,0% к сухим веществам сиропа, или 15—20 кг на тонну перерабатываемого безводного крахмала. Процесс механической фильтрации сиропа после нейтрализатора осуществляется на фильтртрессах. Перед подачей на фильтрпресс в сироп добавляется определенное количество диатомита, который смешивается с сиропом посредством метального механизма в специально установленном для этой цели сборнике. Расход сухого диатомита составляет около 0,8—0,9% к сухим веществам перерабатываемого крахмала, или 8—10 кг на тонну глюкозы.

Грязевая лепешка глюкозных сиропов позволяет вести фильтрацию до накопления слоя грязи в фильтрпрессах толщиной до 25—30 жж. По этой причине для механической филь-

трации глюкозных сиропов необходимо устанавливать рамные, а не камерные фильтрпрессы.

Перед включением фильтрпресса в работу его прогревают насыщенным паром с избыточным давлением 1,5—4,0 ат, чтобы горячий сироп при фильтрации не охлаждался, так как это будет связано с повышением его вязкости, а стало быть снижением скорости фильтрации. Расход пара на пропарку 1 л объема фильтрпресса составляет 0,0033 кг/мин. Сироп на фильтрпрессы подается центробежными насосами, что обеспечивает равномерность фильтрации.

При фильтрации первые порции мутного сиропа возвращаются обратно в исходный сборник, а совершенно прозрачный сироп отводится в сборник для чистого сиропа. По мере заполнения рамного пространства грязью скорость фильтрации понижается, а давление, под которым сироп -подается на фильтрпрессы, постепенно увеличивается до 2,0——2,5 @т, что и определяет конец работы фильтрпресса.

Дальнейшее повышение давления нецелесообразно, так как вытекание сиропа из краников фильтрпресса становится слишком малым. По достижении избыточного давления 2,0—2,5 ат фильтрацию прекращают и фильтрпресс перезаряжают. Перед разборкой фильтрпресса из грязевой лепешки удаляют сироп, который остается после прекращения его подачи. Удаление сиропа из грязевой лепешки производится сжатым воздухом. Замена сжатого воздуха паром не рекомендуется, так как сирот при высокой температуре темнеет, что отражается на качестве густых сиропов.

Диатомитовая грязь до выведения ее из производства прог мывается водой в грязевом сборнике, затем отделяется на грязевом фильтрпрессе. Содержание сухих веществ сиропа в промытой грязи допускается не больше 10% к весу сухих веществ грязи. При отсутствии грязевого сборника и грязевого фильтрпресса лепешку промывают теплой водой непосредственно в фильтрпрессе, при этом концентрацию промоев доводят до 2,3—3,4 °Бр. Промой направляют в жидкие сиропы II продукта, а грязь выводят из производства. Расход воды на промывку грязи в грязевом сборнике составляет 5 л на 1 кг безводной грязи.

При промывании грязевой лепешки непосредственно в фильтрпрессе расход воды составляет 15,8 л на 1 кг безводной грязи.

После окончания промывания грязевой лепешки фильтрпресс разбирают и заменяют салфетки новыми или выстиранными.

Производительность фильтрпрессов и скорость фильтрации для глюкозных сиропов разных концентраций приведены в табл. 2. ；

Таблица 2

Показатели работыПоказатели работыB=YIBd.b-qlrHa кяиоьяйовяя^-B=YIBd.b-qlrHa кяиоьяйовяя^-BuodH。OJOXKHMf Ksa ♦ Bdlqlrua кяявяаохBuodH。OJOXKHMf Ksa ♦ Bdlqlrua кяявяаох(вня♦Bdlq弓нф II) ssse.«oaboc^ л йазэл^ ♦WOIHdoH 。(вня♦Bdlq弓нф II) ssse.«oaboc^ л йазэл^ ♦WOIHdoH 。(BHYIBdl 工弓на ш) woHdoH 关eqj о。(BHYIBdl 工弓на ш) woHdoH 关eqj о。♦ qlrHa ВВИЧ 弓 odHoy♦ qlrHa ВВИЧ 弓 odHoy

Показатели работы

Показатели работы

B=YIBd.b

-qlrHa кяиоьяйовяя^-

B=YIBd.b

-qlrHa кяиоьяйовяя^-

BuodH。OJOXKHMf Ksa ♦ Bdlqlrua кяявяаох

BuodH。OJOXKHMf Ksa ♦ Bdlqlrua кяявяаох

(вня

♦Bdlq弓нф II) ssse.«oaboc^ л йазэл^ ♦WOIHdoH 。

(вня

♦Bdlq弓нф II) ssse.«oaboc^ л йазэл^ ♦WOIHdoH 。

(BHYIBdl 工弓на ш) woHdoH 关eqj о。

(BHYIBdl 工弓на ш) woHdoH 关eqj о。

♦ qlrHa ВВИЧ 弓 odHoy

♦ qlrHa ВВИЧ 弓 odHoy

Средняя скорость фильтрации через 1 jw2 фильтрующей поверхности, л/чНаибольшее давление (избыточное) фильтрации, атДлительность операций, мин работа на себя полезная работа продувание воздухом перезарядка фильтра прогревание паром полный оборот фильтраСуточная производительность 1 м2 фильтрующей поверхности, м3 ..Суточная производительность 1 м2 фильтрующей поверхности, т сухих веществ сиропа при плотности жидких сиропов 21,5°Бр и густых 55° БрРасход сжатого воздуха (с избыточным давлением 2 зп) для продувки 1 4 объема фильтра, л!мин ..Расход пара на подогрев 1 м3 объема фильтра,кг!мин Средняя скорость фильтрации через 1 jw2 фильтрующей поверхности, л/чНаибольшее давление (избыточное) фильтрации, атДлительность операций, мин работа на себя полезная работа продувание воздухом перезарядка фильтра прогревание паром полный оборот фильтраСуточная производительность 1 м2 фильтрующей поверхности, м3 ..Суточная производительность 1 м2 фильтрующей поверхности, т сухих веществ сиропа при плотности жидких сиропов 21,5°Бр и густых 55° БрРасход сжатого воздуха (с избыточным давлением 2 зп) для продувки 1 4 объема фильтра, л!мин ..Расход пара на подогрев 1 м3 объема фильтра,кг!мин 4506003004004001,82,52,52,50,524351029042021020014401210108151816181812355653254552462379,4014,356,108,089,502,183,274,205,576,501,01,32,52,51,03,33,33,33,33,34506003004004001,82,52,52,50,524351029042021020014401210108151816181812355653254552462379,4014,356,108,089,502,183,274,205,576,501,01,32,52,51,03,33,33,33,33,3

Средняя скорость фильтрации через 1 jw2 фильтрующей поверхности, л/ч

Наибольшее давление (избыточное) фильтрации, ат

Длительность операций, мин работа на себя полезная работа продувание воздухом перезарядка фильтра прогревание паром полный оборот фильтра

Суточная производительность 1 м2 фильтрующей поверхности, м3 ..

Суточная производительность 1 м2 фильтрующей поверхности, т сухих веществ сиропа при плотности жидких сиропов 21,5°Бр и густых 55° Бр

Расход сжатого воздуха (с избыточным давлением 2 зп) для продувки 1 4 объема фильтра, л!мин ..

Расход пара на подогрев 1 м3 объема фильтра,кг!мин

Средняя скорость фильтрации через 1 jw2 фильтрующей поверхности, л/ч

Наибольшее давление (избыточное) фильтрации, ат

Длительность операций, мин работа на себя полезная работа продувание воздухом перезарядка фильтра прогревание паром полный оборот фильтра

Суточная производительность 1 м2 фильтрующей поверхности, м3 ..

Суточная производительность 1 м2 фильтрующей поверхности, т сухих веществ сиропа при плотности жидких сиропов 21,5°Бр и густых 55° Бр

Расход сжатого воздуха (с избыточным давлением 2 зп) для продувки 1 4 объема фильтра, л!мин ..

Расход пара на подогрев 1 м3 объема фильтра,кг!мин

450

600

300

400

400

1,8

2,5

2,5

2,5

0,5

2

4

3

5

10

290

420

210

200

1440

12

10

10

8

15

18

16

18

18

12

3

5

5

6

5

325

455

246

237

9,40

14,35

6,10

8,08

9,50

2,18

3,27

4,20

5,57

6,50

1,0

1,3

2,5

2,5

1,0

3,3

3,3

3,3

3,3

3,3

450

600

300

400

400

1,8

2,5

2,5

2,5

0,5

2

4

3

5

10

290

420

210

200

1440

12

10

10

8

15

18

16

18

18

12

3

5

5

6

5

325

455

246

237

9,40

14,35

6,10

8,08

9,50

2,18

3,27

4,20

5,57

6,50

1,0

1,3

2,5

2,5

1,0

3,3

3,3

3,3

3,3

3,3

от механических примесей,от механических примесей,

от механических примесей,

от механических примесей,

Глюкозные сиропы, очищенные несмотря на правильное ведение *процессов гидролиза крахмала и нейтрализации, приобретают слабо-желтую окраску. Эта окраска может усиливаться, что зависит от качества перерабатываемого крахмала, метода осахаривания и неправильного ведения нейтрализации. В производстве кристаллической глю- козы цветность сиропов имеет большое значение, так как с повышением ее ухудшается качество и снижается выход товарной глюкозы. Поэтому сиропы как жидкие, так и густые подвергаются обесцвечиванию активированным углем. Кроме того, что при обработке сиропов активированным углем снижается окраска, из них извлекают железо в виде гидрата окиси, что также улучшает качество готового продукта. Обработка сиропов активированным углем осуществляется так: свежий уголь задают по норме в контактный сборник с жидким сиропом, предварительно очищенным от механических примесей, и перемешивают метальным механизмом, делающим 20——25 об/мин.

Оптимальными условиями обесцвечивания глюкозных сиропов активированным углем являются температура и время контакта активированного угля с сиропом. Температура для жидких сиропов должна быть не ниже 70——75 ℃; для густых ——не выше 60——65 ℃. Время контакта как для жидкого, так и для густого сиропов должно продолжаться не менее 25—30 мин.

По истечении указанного времени сироп направляют на рамные фильтрпрессы для механического отделения активированного угля. По окончании цикла фильтрации и продувки фильтрпресса сжатым воздухом угольную лепешку направляют для использования согласно технологической схеме. Активированный уголь после обесцвечивания сиропов I продукта используется для очистки соответственно жидких и густых сиропов II продукта. Дважды использованный активированный уголь на фильтрпрессе промывают и пропаривают до содержания сухих веществ сиропа в нем не более 10% к весу угля, затем выводят из производства.

Для улучшения очистки сиропов главным образом от солей железа, а также» чтобы не допустить нарастания цветности сиропов во время уваривания при повышенном pH, рекомендуется применять режим переменного pH, а именно：

нейтрализацию осахаренных сиропов производить до pH 4,7—5,0;

после фильтрации перед выпаркой сиропы подкислять соляной кислотой до pH 4,4——4,5;

после выпарки перед фильтрацией густые сиропы нейтрализовать раствором двууглекислой соли (NaHCO3) до pH 5,0—5,4;

перед вакуум-аппаратом чистые густые сиропы вновь подкислять соляной. кислотой до pH 4,2——4,3. Последнее снижение pH особенно существенно для процесса кристаллизации.

Густой сироп после двукратной очистки сначала отработанным активированным углем, а впоследствии свежим норитом подвергается контрольной фильтрации. Сироп после фильтрации должен быть почти бесцветным, совершенно прозрачным, без признаков опалесценции. Для контрольной фильтрации применяются рамные и камерные фильтрпрессы. При включении контрольного фильтрпресса в работу сначала наносят на фильтрующую ткань тонкую диатомитовую лепешку. Осуществляют это двояким способом: или вначале ‘подают сироп, смешанный с диатомитом, или суспензию диатомита, приготовленную на воде. Это делается для предохранения от проникновения через ткань мелких механических примесей, перешедших в сироп при предыдущей фильтрации. После того как ткань хорошо смочится сиропом или водой и ее поры закроются диатомитом, на фильтрпресс подают сироп без диатомита. Первые порции мутного сиропа возвращаются в исходный

сборник, а прозрачный сироп направляется на уваривание в вакуум-аппарат. При подаче сиропа центробежным насосом для контрольной фильтрации не следует допускать избыточного давления выше 0,8 ат. Подавать сироп на контрольный фильтрпресс плунжерным насосом не рекомендуется, так как при этом создается пульсирующее давление, при котором вместе с сиропом через ткань могут проходить мелкие механические примеси. Перед перезарядкой фильтрпресс освобождается от сиропа Продувкой сжатым воздухом. Сироп от продувки направляется в исходный сборник. Салфетки вместе с грязью поступают на салфетомойку.

Сиропы II продукта после гидролиза и нейтрализации подвергаются осветлению вначале отработанным активированным углем, а затем свежим. Процесс осветления и дальнейшее упаривание ни чем не отличается от процесса осветления и упаривания сиропа Г продукта.

Жидкий сироп после очистки от механических примесей и осветления активированным углем подвергается сгущению. Обычно этот процесс производится под разрежением в 3-корпусных выпарках до плотности 55——57 °Бр. Дальнейшее повышение концентрации сиропа нецелесообразно, так как затрудняется осветление и фильтрация густых сиропов в связи с повышением их вязкости. После двукратной обработки густого сиропа активированным углем с дополнительной фильтрацией на контрольном фильтрпрессе и подкислением соляной кислотой до pH 4,2—4,3 густые сиропы уваривают в вакуум-аггпара- тах. Уваривание сиропов под вакуумом производится с целью снижения температуры кипения сиропа, что предохраняет от повышения цветности сиропы, готовые для кристаллизации. В вакуум-аппаратах густой сироп при прямой кристаллизации обычно уваривают до плотности 74,5——75,5 °Бр. В пусковой период сиропы уваривают до плотности 72——72,5°6р.

Глава V

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ГЛЮКОЗЫ

Кристаллизацией называется процесс возникновения и роста кристаллов при переходе вещества из жидкого в твердое состояние.

При растворении вещества концентрация раствора постепенно увеличивается и наступает момент, при котором она остается постоянной. Такой раствор называется насыщенным, а концентрация растворенного в нем вещества— растворимостью.

Растворимость глюкозы

Растворимость глюкозы в воде значительно увеличивается с повышением температуры [1].

В зависимости от температуры в водном растворе глюкоза находится в виде ангидридной или гидратной формы.

Поэтому зависимость растворимости глюкозы в воде от температуры может быть выражена двумя уравнениями：

для интервала температур от 0,5 до 50 ℃, где существует устойчивое равновесие между насыщенным раствором и твердой фазой, состоящей из кристаллов моногидрата С6Н12О6- НО,

р = 0,670/ + 3,50;

для интервала температур от 50 до 90 ℃, где насыщенный раствор находится в равновесии с твердой фазой в виде ангидридной глюкозы С6Н]20б,

0,343^ + 53,74,

где р — весовой процент глюкозы в растворе;

Z — температура.

Удобнее всего растворимость выражать числом килограммов безводной глюкозы, которое при данной температуре растворяется в 1 кг воды. Будем называть это число коэффициентом растворимости и обозначим через Со.

В производственных условиях кристаллизация глюкозы ведется не из чистых водных растворов, а из кукурузокрахмаль- ных сиропов. Эти сиропы представляют собой водный раствор глюкозы с некоторым количеством примесей. К примесям относятся вещества, сопутствующие крахмалу (экстрагируемый и гидролизный жир, азотистые вещества и др.), а также продукты, образующиеся при тепловом и гидролитическом воздействии кислоты на крахмал в процессе производства (неорганические соли, меланоидины, гуминовые, красящие и другие вещества).

I Коэффициент насыщения

В присутствии различных примесей растворимость глюкозы несколько иная, чем в чистой воде (иногда немного меньше, чаще же больше, чем в чистой воде). Отношение коэффициента растворимости (&) для данного нечистого раствора к коэффициенту растворимости (Со) при той же температуре для глюкозы в чистой воде называется коэффициентом насыщения (ао) и 'показывает, во сколько раз глюкоза в присутствии данных 60

несахаров более растворима в воде, чем при чистых глюкозных растворах

Ci

Так, при осахаривании крахмала соляной кислотой поваренная соль является неизбежной примесью в глюкозном сиропе (около 1 % по сухому веществу). Поваренная соль повышает растворимость глюкозы и коэффициент насыщения растет пропорционально концентрации хлористого натрия [2].

С понижением доброкачественности и повышением температуры коэффициент насыщения обычно увеличивается. Увеличение растворимости глюкозы в нечистых заводских глюкозных сиропах различной доброкачественности зависит не только от величины доброкачественности, но и от природы примесей [1]. Примеси увеличивают растворимость глюкозы, иными словами, задерживают глюкозу в растворе и не дают ей полностью выделиться в виде кристаллов. Чем ниже доброкачественность раствора, тем больше величина коэффициента насыщения при той же температуре.

С. Ф. Ралль определил растворимость глюкозы в нечистых глюкозных растворах в интервале температур от 20 до 50 ℃ (табл. 3).

Таблица 3

Доброкачественность, %

Температура, * ℃

20

25

30

^ 35.口

脸［40亲

50

100

91,6

103,5

120,4

138,2

162,1

243,7

90

92,5

105,0

122,5

143,0

166,0

246,0

80

93,5

107,0

125,0

146,0

171,0

250,0

70

95,0

109,5

128,0

150,0

175,0

255,0

Коэффициент пересыщения

Раствор, содержащий глюкозы больше, чем в насыщенном растворе, называется пересыщенным. Из него при соприкосновении с кристаллами глюкозы выкристаллизовывается глюкоза, поэтому при кристаллизации ^постоянно имеют дело с пересыщенными растворами.

Пересыщение может быть достигнуто выпариванием определенного количества воды из раствора или снижением его температуры.

Степень пересыщения измеряется коэффициентом пересыщения (а)—числом, показывающим, во сколько раз в данном растворе на единицу воды приходится глюкозы больше (С), чем в насыщенном растворе при той же температуре (&).

Для •пересыщенных растворов а>1, для насыщенных а= 1 и для ненасыщенных а< 1.

Для чистых глюкозных растворов G = Co.

Для нечистых глюкозных растворов величину растворимости (С]) необходимо каждый раз определять опытным путем, длительным перемешиванием с кристаллами глюкозы. На практике при определении пересыщения для нечистых растворов часто пользуются велйчиной растворимости глюкозы в чистой воде. Таким образом находят лишь так называемый видимый коэффициент пересыщения (s):

С

Разность (а—1) называется избыточным пересыщением, а величина (С——Ci) — ДС — избыточной концентрацией. Для глюкозных растворов избыточная концентрация с повышением температуры не остается пропорциональной избыточному пересыщению, а растет быстрее.

Вязкость глюкозных растворов

Вязкостью называется свойство жидкостей оказывать сопротивление при перемещении одной части жидкости относительно другой.

При одинаковом содержании сухих веществ вязкость ненасыщенных чистых глюкозных растворов выше, чем вязкость заводских глюкозных сиропов.

Эта разница увеличивается по мере повышения концентраций сухих веществ и понижения температуры. С увеличением температуры вязкость глюкозных сиропов при неизменной концентрации сиропов уменьшается.

Вязкость глюкозных сиропов при постоянной температуре сильно растет с повышением содержания сухих веществ [1] при снижении доброкачественности.

Зависимость вязкости насыщенных растворов глюкозы от температуры И. Е. Садовый выразил уравнением

1пЦ-0,0143/刀спз.

Такая необычная зависимость вязкости насыщенных глюкозных растворов от температуры объясняется быстрорастущей растворимостью глюкозы с повышением температуры (табл. 4).

Таблица 4

Температура ℃,

Показатели

20

30

40

50

60

70

Растворимость глюкозы в

1 产 воды, г Вязкость, спз

0,9160 20,0

1,2046 27,0

1,6214

36,2

2,4376 56,0

2,9401 75,0

3,5900 98,0

С. Ф. Ралль установил, что вязкость насыщенных глюкозных сиропов увеличивается с уменьшением их доброкачественности и повышением температуры [1].

Полученные величины вязкостей (в спз) помещены в табл. 5.

Таблица 5一

Доброкачественность, %

尊需Температура °C

20

25

30

35

40

50

100

18,30

18,50

18,70

19,00

22,45

50,90

90

19,42

19,76

20,50

23,48

32,36

86,70

80

22,17

23,16

25,40

36,80

48,20

150,00

70

27,00

29,60

48,10

65,63

91,51

269,38

Вязкость глюкозных сиропов имеет большое значение на всех стадиях производства кристаллической глюкозы. С увеличением вязкости затрудняется фильтрация сиропов, снижается коэффициент теплопередачи при уваривании и охлаждении, замедляется кристаллизация и ухудшаются условия центрифугирования утфелей,

Вязкость глюкозных утфелей

Вязкость глюкозного утфеля зависит от вязкости межкристального раствора и от количества кристаллов по весу утфеля. Вязкость межкристального насыщенного раствора с повышением доброкачественности и снижением температуры уменьшается.

Данные И. Е. Садового [3] о вязкости утфеля в зависимости от вязкости межкристального раствора и от количества кристаллов в нем помещены в табл. 6.

Таблица 6

Температура, ℃

Вязкость, с%3

насыщенный f раствор

утфель с 40% кристаллов

утфель с 45% кристаллов

утфель с 50% кристаллов

25

23

156

357

3000

30

28

180

400

3800

40

36

381

960

一

Из *приведенных данных следует, что с понижением температуры утфеля прй неизменном количестве кристаллов вязкость утфеля также будет снижаться. С понижением температуры кристаллизации можно повысить процент кристаллов в утфеле. Однако при большом проценте кристаллов утфель делается вязким, малоподвижным и начинается перетирание кристаллов. С увеличением количества кристаллов в утфеле необходимо несколько снизить плотность уваривания сиропов или перед концом кристаллизации раскачивать утфель I ^продукта небольшим количеством зеленой патоки, а II продукт — гидролом.

Форма кристаллов

Известны два стереоизомера d-глюкозы： а- и p-формы. Из пересыщенных водных растворов глюкозы выкристаллизовывается а-форма d-глюкозы.

В зависимости от температурных условий и некоторых других факторов образуются кристаллы ангидридной или гидратной глюкозы.

Кристаллы ангидридной глюкозы (см. рис. 2) относятся к ромбической системе и представляют собой удлиненные призмы с концевыми гемигедральными поверхностями. Соотношение между осями а: b : с = 0,704 : 1,0 : 0,335. У двойников призмы срастаются между собой под углом 60°.

Кристаллы гидратной глюкозы относятся к моноклинической системе и представляют собой тонкие гемиморфные пластинки (см. рис. 1). Соотношение между осями а：Ь：с = =1,735: 1,00: 1,908. Угол между наклонными осями равен 97°§9‘. Мелкие кристаллы обычно бывают пятиугольными, более крупные, как правило, гексагональны. Кристаллы часто образуют двойники и друзы. Глюкоза обладает свойством полиморфизма, т. е. в зависимости от условий кристаллизации дает кристаллы, относящиеся к разным кристаллическим системам, а также самые разнообразные по размерам и внешней форме в пределах одной и той же системы.

Форма кристаллов гидратной глюкозы зависит от температуры кристаллизации, доброкачественности сиропов, степени

пересыщения маточного раствора, интенсивности перемешивания кристаллизуемого раствора и от других факторов. Кристаллы глюкозы, легко поддающиеся обработке на центрифугах (отделение маточного раствора и промывка), принято называть нормальными. Кристаллы, которые вследствие своей формы и ломкости создают в центрифугах плотный слой, *почти непроницаемый для оттеков и воды, называют ложными.

Исследователями выявлены температурные пределы, благоприятствующие образованию нормальных кристаллов гидратной глюкозы — от 35 до 41 ℃, ниже 35 ℃ при высоких пересыщениях глюкозные растворы склонны к образованию ложных кристаллов. Однако при медленной кристаллизации из слабопересыщенных растворов и наличии готовых центров кристаллизации температурный предел образования кристаллов нормальной формы может быть снижен до 25 ℃.

Длина нормальных кристаллов гидратной глюкозы редко превышает 1 мм и, как *правило, бывает значительно меньше.

Рассев на ситах с отверстиями 0 0,5 и 0,25 мм дает следующие результаты: остаток на первом сите от 25 до 30%; на втором — от 25 до 30% и проходит через второе сито 50—40%, Между весом кристалла и его поверхностью существует определенная зависимость, выражаемая формулой

з _/ = KVp2，

где / — поверхность кристалла, сж2;

р — вес кристалла, г;■

к — постоянная величина, характерная для данного типа кристаллов.

Для кристаллов гидратной глюкозы путем обмера микрофотографий С. Ф. Ралль вычислил значение К, равное 6,68.

Процесс кристаллизации глюкозы

Процесс кристаллизации состоит из двух самостоятельных явлений: образования центров кристаллизации и роста этих центров с определенной скоростью.

Число возникающих в единицу времени и в единице объема центров и линейная скорость роста кристаллов являются основными *параметрами, определяющими процесс кристаллизации.

Зарождение кристалла может быть вынужденным или самопроизвольным. В первом случае требуется введение в раствор соответствующей кристаллической затравки, во втором —— оно возникает в результате случайного скопления молекул.

Механизм образования центров кристаллизации глюкозы изучен еще недостаточно.

3 Е. Я. Жарова и др.65

Для многих веществ (а особенно для глюкозы) самопропз-;? вольное появление центров кристаллизации затруднено. R

Управление процессом образования кристаллов глюкозы осложняется еще и тем, что она находится в растворе в виде; двух изомерных форм и обладает свойством полиморфизма. В связи с этим при кристаллизации глюкозы из глюкозных j сиропов всегда вводят в пересыщенный раствор для затравки i готовые кристаллы глюкозы нормальной формы.；

Скоростью кристаллизации (К) называется количество мил- ■ лиграммов глюкозы, образующееся за 1 мин на 1 м2 поверхно- сти кристаллов. Количество выкристаллизовавшейся глюкозы J (S) пропорционально времени кристаллизации (Z) и поверхно^ ； сти кристаллов (F)j

S = KFZ・

Для глюкозы определение поверхности кристаллов

⑴;

связанаЗ

с

большими трудностями. И. Е. Садовый предложил за с ко-.

количество

милли

рость кристаллизации Глюкозы принимать

граммов глюкозы, кристаллизующееся на поверхности 1 г кри-；? сталлов в 1 мин из 100 г сиропа [4].

Существуют различные теории образования и роста кри-1

сталлов. В свеклосахарном производстве при изучении процес- j са кристаллизации сахарозы часто применяется диффузионная j теория, развитая проф. П. М. Силиным [5] на основе учения J о гетерогенных реакциях [6]. По диффузионной теории кристал-1 лизации кристалл представляется окруженным неподвижным слоем прилипшего к нему раствора. Толщина этого слоя пусть , будет d. Непосредственно у самой грани кристалла раствор { уже не имеет пересыщения, так как здесь существуют все уело-； вия для того, чтобы из раствора выкристаллизовался переев卜: щающий избыток вещества. У грани кристалла раствор имеет ：； концентрацию насыщения Со, а на расстоянии d — концентра- j цию С. Вследствие разности концентраций (С—Со) =АС глю-：＞ коза диффундирует сквозь неподвижный слой сиропа d и вы- | кристаллизовывается на грани кристалла.；

Таким образом, если скорость кристаллизации является ско- ростыо диффузии, то по закону Фика К можно выразить еле- ;i дующим образом：!

К

力](e 一 e0)

d

Коэффициент диффузии (包)，по Эйнштейну, зависит от абсо-]— вязкости среды (л)：

kT

лютной температуры (Т) и от

自=

◎К

где k — постоянная величина.

Подставив значение k\ в уравнение скорости кристаллизации, можно понять и проанализировать влияние ряда факторов на скорость кристаллизации

к = •竺9-с°). (4)

Марк [7], Савинов [8], Дюбур и Сонье [9], изучая влияние вихревого перемешивания на скорость кристаллизации, установили, что наблюдаемая ими скорость кристаллизации пропорциональна уже не (С — Со), а (С—Со)2. Таким образом, процесс кристаллизации состоит из двух фаз: диффузии вещества из окружающей среды к грани кристалла и перехода этого вещества из растворенного состояния в кристаллическое на грани кристалла. Марк наблюдал вторую фазу процесса кристаллизации.

Учитывая данные этих опытов, П. М. Силин предположил, что у грани кристалла раствор все-таки имеет некоторое пересыщение (концентрация &), необходимое для превращения растворенного вещества в твердое состояние.

По закону Фика скорость диффузии растворенного вещества

К 力1 (С — б) d ，

Скорость превращения растворенного вещества в кристалл ■пропорциональна (& — Со)2 и 驳=局(& — С0)2, где 无一-некоторый постоянный коэффициент, характеризующий среднюю скорость превращения данного вещества из растворенного состояния в кристаллическое.

Для глюкозы вторая фаза затруднительна, так как глюкоза присутствует в растворе в виде а- и p-форм, находящихся в подвижном равновесии, выкристаллизовывается из воды лишь a-форма. При этом во время кристаллизации p-форма постепенно должна превращаться в a-форму и лишь затем выкристаллизовываться. Из-за большой продолжительности этой фазы глюкоза кристаллизуется довольно медленно-

Факторы, влияющие на скорость кристаллизации глюкозы

Пересыщение. Уравнение (4) показывает, что скорость кристаллизации должна быть пропорциональна (С—Со), т. е. избыточной концентрации (АС) глюкозы над концентрацией насыщения, или же пропорциональна избыточному пересыщению (так как оно в свою очередь пропорционально избыточной кон- иентрации). Движущей силой кристаллизации является избыточное пересыщение.

Обычно возражают против утверждения о пропорциональности К и избыточного пересыщения. При повышении пересыщения и концентрации растет вязкость ”，с увеличением которой К должно уменьшаться (в формуле (4)刀 стоит в знаменателе). Такая точка зрения для обычных применяемых на 'практике пересыщений не правильна. Дело в том, что с гранями кристалла непосредственно соприкасается раствор, близкий к насыщению, но не слишком пересыщенный. Поэтому повышение вязкости остальной массы пересыщенного раствора не замедляет кристаллизации так сильно, как это обычно предполагают.

С увеличением коэффициента пересыщения скорость кристаллизации глюкозы возрастает.

Это положение подтверждается опытными данными С. Ф. Ралля и Т. В. Семеновой, приведенными в табл. 7.

Таблица 7

Концентрация крнстал-

Коэффициент

Скорость крнсталлиза-

лиэуемого раствора, °Бр

пересыщения

цин, мг/(м2-мин)

74,44

1 ,578

7,131

71,85

1,384

4,230

70,80

1,314

3,231

69,10

1,232

2,105

Кристаллизации подвергался глюкозный сироп доброкачественностью 90% при 40 ℃ и при одинаковых прочих условиях (количество затравки, интенсивность перемешивания, pH и др-)- Однако из этого не следует, что кристаллизацию глюкозы необходимо проводить при высоких коэффициентах пересыщения.

Чрезмерное пересыщение способствует образованию новых центров кристаллизации (муки), а также кристаллов с включением мельчайших частиц маточного раствора. Таким образом* значительное пересыщение ухудшает качество ^получаемой глюкозы и способствует образованию неоднородных кристаллов, трудно отделяющихся на центрифугах от межкристального1 раствора.

По мнению И. Е. Садового, причиной образования ложных .кристаллов являются не температурные условия, а коэффициент пересыщения [3]. Из слабопересыщенных растворов при медленной кристаллизации выпадают кристаллы правильной формы и при температуре ниже 35 ℃. Из сильнопересыщенных растворов выпадают игольчатые кристаллы.

При кристаллизации утфелей I продукта коэффициент пере- сыщения рекомендуется поддерживать в пределах 1,15—1,25 утфелей II продукта — 1,20—1,40.

Перемешивание. Скорость кристаллизации (К) зависит от толщины неподвижного слоя сиропа d, прилипшего к кристаллу, но d зависит от скорости движения кристалла(по отношению к окружающему раствору： чем быстрее это движение, тем меньше d и больше К. Поэтому такое важное значение имеет 'перемешивание кристаллизующейся массы. Нужно принять во внимание, ?то при перемешивании вязкого утфеля мешалка загребает и переворачивает всю массу утфеля, но никак не может двигать каждый кристалл по отношению к раствору.

Кристалл по отношению к окружающему раствору движется лишь под влиянием .силы тяжести.

Если бы не было перемешивания, то все кристаллы постепенно осели бы на дно и кристаллизация вследствие этого замедлилась бы в десятки раз.

Однако как бы быстро мы ни перемешивали утфель, все равно скорость движения кристалла по отношению к межкристальному раствору будет равна скорости падения кристалла в вязкой среде [10].1

Мешалка лишь не позволяет кристаллам осесть. Так как кристаллы очень медленно падают в вязком растворе, то достаточно и медленного перемешивания. Ускорение движения мешалок не даст никакого эффекта. Замедление движения мешалок приведет к снижению расхода энергии, перемешиванию более густых утфелей и уменьшит истирание кристаллов.

В целях предотвращения перетирания кристаллов друг о друга и о мешалку число оборотов мешалки может быть таким, чтобы максимальная окружная скорость не превышала 3 м/сек

Интенсивность перемешивания утфеля в процессе кристаллизации не сказывается на скорости кристаллизации глюкозы.

При заливке сиропом кристаллизатора, в котором оставлена затравка утфеля от прежнего цикла, нормальный процесс кристаллизации начинается после полного смешения залитого сиропа с затравкой. Время, затрачиваемое на указанное смешение, является непроизводительным и в зависимости от объёма и конструкции кристаллизатора составляет 12——24 4. Применение интенсивного перемешивания для более быстрого смешения сиропа с затравкой, как показывают опыты, может сократить длительность кристаллизации на 8—12 ч.

Однако не следует забывать, что увеличение интенсивности перемешивания приводит к уменьшению размеров образующихся кристаллов. Мелкие кристаллы из-за большой своей удельной поверхности трудно отделяются от маточника и отмываются от него при центрифугировании [12].

Вязкость. Вязкость насыщенного раствора, соприкасающегося с кристаллом, стоит в знаменателе выражения для скоро- сти кристаллизации (уравнение 4). Следовательно, с повыше-

нием вязкости К уменьшается. При повышении вязкости должна также увеличиваться толщина неподвижного слоя d, что еще более уменьшает скорость кристаллизации.

Зависимость скорости кристаллизации глюкозы от вязкости имеет вид степенной функции '

к" н k侬产к" н k侬产4,364,36

к" н k侬产

к" н k侬产

4,36

4,36

Скорость кристаллизации глюкозы из растворов пониженной доброкачественности равна скорости кристаллизации глюкозы из чистых растворов, умноженной на отношение вязкости этих насыщенных растворов в степени 4,36 [4].

Вязкость насыщенных растворов с повышением температуры растет, что должно было бы тормозить кристаллизацию, но коэффициент диффузии \ D = ^^) мало меняется с температурой, так как с повышением температуры увеличивается и числитель и знаменатель дроби.

Однако вязкость не является самостоятельным фактором. Она изменяется в зависимости от тем-пературы и доброкачественности кристаллизующегося раствора.

Температура. С повышением температуры в выражении для К (уравнение 4) увеличивается абсолютная температура Т и П (вязкость насыщенного раствора), а вместе с ней толщина неподвижного слоя d.

Повышение температуры, как показывают вычисления и опыты С. Ф. Ралля и Т. В. Семеновой, увеличивает скорость кристаллизации глюкозы (табл. 8).

Таблица 8

Показатели

Температура кристаллизации. ℃

40

35

30

25

20

Концентрация кристаллизуемого

сиропа, °Бр

71,85

68,80

65,40

62,05

58,90

Вязкость кристаллизуемого сиро-

па, спз

109,70

91,40

67,00

49,25

33,17

Концентрация насыщенного раствора, °Бр

64,65

61,16

57,47

53,73

50,57

Вязкость насыщенного раство-

ра, спз

33,04

22,72

21,09

20,38

19,37

Длительность мутаротации глю-

козы, мин

172,10

269,80

423,00

663,2и

1039,70

Скоростькристаллизации,

мг^м^-мин)

4,230

3,247

2,637

2,195

1,783

Практически глюкозные утфели кристаллизуются при температуре 44—24 ℃.

Во всех случаях сироп кристаллизовался с доброкачественностью 90%; а=1,4, количество затравки, интенсивность перемешивания и другие факторы везде одинаковы.

Скорость мутаротации глюкозы не зависит от концентрации и доброкачественности глюкозных сиропов, очень мало зависит от pH, но сильно зависит от температуры.

При снижении температуры кристаллизации необходимо одновременно снизить концентрацию сиропа перед кристаллизацией, так как в результате дополнительной кристаллизации глюкозы процент кристаллов в утфеле значительно возрастет. В связи с этим, как показали исследования [1], вязкость утфеля сильно повышается и начинается перетирание кристаллов.

Доброкачественность. Понижение доброкачественности глюкозного раствора резко снижает скорость кристаллизации. Практически при доброкачественности 67—68% скорость кристаллизации равна нулю, т. е. глюкоза независимо от пересыщения теряет способность кристаллизоваться. Доброкачественность сиропов оказывает большое влияние на качество получаемой глюкозы. Чем ниже доброкачественность сиропов, тем больше несахаров включается в кристаллы глюкозы. Это объясняется увеличенной вязкостью кристаллизующихся растворов низкой доброкачественности.

Влияние доброкачественности глюкозных сиропов на их вязкость и скорость кристаллизации (при температуре 40℃ и а=1,4), по данным С. Ф. Ралля, приведено в табл. 9.

Таблица 9

Показатели

Доброкачественность, %

100,0

97,0

95,8

90,1

82,2

78, 1

Плотность па, °Бр. Плотность

кристаллизуемого сиро-

69,4

70,4

70,7

72,5

74,6

75,8

насыщенного сиропа, °Бр

61,8

62,7

63,2

64,8

67,5

70,6

Вязкость па, спз

Вязкость

кристаллизуемого сиро-

72,4

82,1

85,8

99,0

215,6

268,0

насыщенного сиропа, спз

22,5

25,3

27,1

32,4

44,9

54,2

Скоростькристаллизации,

мг!(м£ ■ мин) .. г

38,17

15,67

10,98

7,94

3,81

1,56

При одинаковом коэффициенте пересыщения с понижением доброкачественности глюкозных растворов скорость кристаллизации сильно уменьшается.

При кристаллизации глюкозы сирЬпы меньшей доброкачественности имеют всегда большую вязкость, так как несахара своим присутствием повышают содержание сухих веществ ра-

створа, а вследствие повышения сухих веществ увеличивается и вязкость [2].

Иногда можно ожидать замедления кристаллизации в при сутствии особенно энергичных поверхностно-активных веществ, которые, адсорбируясь на поверхности кристалла, могут затруднять переход растворенной глюкозы в кристаллическую и отложение ее на гранях кристалла.

Мутаротация глюкозы также является фактором, влияющим на скорость ее кристаллизации. В насыщенных растворах глюкозы *при условии равновесия содержится 36——37% a-формы и 63—64% (3-формы глюкозы.

Из водных растворов выкристаллизовывается только a-форма, поэтому после выделения части глюкозы из пересыщенного раствора, имеющееся равновесие нарушается. Для восстановления равновесия необходимо, чтобы p-форма перешла в a-форму глюкозы. Чем скорее будет протекать этот переход и вновь создаваться равновесие, тем меньше этот процесс будет задерживать выкристаллизовывание глюкозы. Установлено, что примеси глюкозных сиропов практически не влияют на скорость мутаротации глюкозы.

На мутаротацию не влияет также концентрация растворов. Наибольшее влияние на константу скорости мутаротации глюкозы оказывает температура. При температуре 20—25°C мутаротация в глюкозном растворе практически проходит за 24 ч, а лри температуре кипения для этого требуется всего несколько минут.

По исследованиям С. Ф. Ралля скорость кристаллизации глюкозы при прочих равных условиях обратно пропорциональна длительности мутаротации, возведенной в некоторую степень, близкую к 0,45.

Величина кристаллов. Более крупные кристаллы в вязком растворе падают быстрее, чем мелкие, поэтому их скорость движения по отношению к раствору больше. Это должно было бы ‘ уменьшить прилипший неподвижный слой (4) и увеличить скорость кристаллизации.

Кроме того, крупные кристаллы в утфеле отстоят дальше один от другого, чем мелкие, что позволяет ожидать большего неподвижного слоя на крупных кристаллах.

Поверхность мелких кристаллов в единице объема сиропа больше, чем поверхность того же веса крупных кристаллов, и общее количество глюкозы, выкристаллизовывающееся за единицу времени из единицы объема сиропа, при мелких кристаллах может быть больше, чем при крупных.

Теоретически трудно решить, для каких кристаллов К будет иметь большее значение.

Для сахарозы установлено, что при обычном весе кристалла 0,50—0,05 жг размер кристалла не влияет на скорость кристал-

лизации. Экспериментальные работы показывают, что величина кристаллов глюкозы, находящихся в пересыщенном растворе, не оказывает заметного действия на скорость кристаллизации.

Следовательно, на 1 ж2 поверхности кристаллов кристаллизуется одинаковое количество глюкозы независимо от величины кристаллов.

В утфелях с мелкими кристаллами, имеющими большую поверхность, скорее выкристаллизовывается глюкоза с меньшим риском образования《муки》. Мелкие кристаллы хуже отделяются от межкристального раствора и промываются при центри1- фугировании.

Количество кристаллической глюкозы в утфеле. В глюкозном утфеле I продукта может быть от 15 до 47% кристаллической глюкозы. Чем больше в сиропе готовых кристаллов, тем скорее обессахаривается сироп. Однако увеличение количества затравки снижает использование емкости кристаллизаторов.

Установлено, что лучшие результаты получаются, когда затравка составляет 25——35% от общего объема получающегося утфеля. Количество кристаллизующейся глюкозы пропорционально поверхности кристаллов, а так как поверхность пропорциональна количеству кристаллов в сиропе, то количество кристаллизующейся глюкозы пропорционально весу кристаллов в сиропе. При большом количестве кристаллов в растворе последние могут мешать один другому двигаться, что должно уменьшить скорость кристаллизации К. Однако в этом случае кристаллы будут находиться ближе один к другому, что препятствует образованию на кристаллах толстого неподвижного слоя раствора и должно увеличить скорость кристаллизации.

С увеличением процента кристаллов вязкость утфеля быстро растет. При росте количества кристаллов от 40 до 45% вязкость увеличивается примерно в 2 раза, а при увеличении от 45 до 50%1 примерно в 10 раз. Дальнейший рост процента кристаллов настолько повышает вязкость, что кристаллы при перемешивании утфеля начинают перетираться.

Необходимо стремиться к оптимальному количеству кристаллов в конце кристаллизации, которое в среднем должно быть равно 50% по весу утфеля,.

• Теплота кристаллизации. При переходе из растворенного в твердое состояние 1 г-моля гидратной глюкозы выделяется 4,72 ккал тепла, влияние которого на процесс кристаллизации заключается в следующем. На гранях кристалла поднимается температура, способствующая диффузии и мутаротации, что в свою очередь увеличивает скорость кристаллизации. Но с увеличением температуры снижается степень -пересыщения, а следовательно, и скорость кристаллизации. Известно также,-что вязкость насыщенных растворов понижается с уменьшением температуры, поэтому, чтобы поддержать в утфеле определенный ко-

эффициент пересыщения, а также для получения к моменту центрифугирования маточного раствора с наименьшей вязкостью, кристаллизацию проводят, постепенно снижая температуру в ходе процесса.

Кристаллизация глюкозы в производстве

Глюкозный сироп доброкачественностью 91——93 %, уваренный до плотности 74,5——75,7 °Бр, охлаждается в холодильнике до температуры 48—-50 ℃, после чего фильтруется через фильтр с шелковой сеткой № 48 или неворсистую хлопчатобумажную ткань.

Исходный сироп заливают в кристаллизатор, где от предыдущего цикла оставлена утфельная масса в качестве затравки.

От количества затравки и величины кристаллов в кристаллизуемом сиропе зависит процесс кристаллизации： чем больше в сиропе готовых кристаллов, тем скорее обессахаривается сироп.

На смешивание сиропа с затравкой затрачивается 12——24 ч. Более интенсивное перемешивание сиропа с затравкой может сократить эту операцию на 2—4 ч. Температура в кристаллизаторах после смешивания не должна превышать 43—44 ℃.

При кристаллизации утфелей I продукта коэффициент пересыщения должен быть в пределах 1,15——1,25.

Глюкозу кристаллизуют в интервале температур 44—24 ℃ в продолжение 110——120 ч. По мере кристаллизации глюкозы тепло отводят и температуру утфеля плавно снижают на протяжении всего периода кристаллизации.

Процесс кристаллизации считается законченным, когда плотность межкристальной патоки (маточного раствора) будет ниже плотности утфеля на 12—14 °Бр и доброкачественность межкристальной патоки соответственно ниже доброкачественности утфеля на 9—11 %.

Готовый утфель представляет собой рассыпчатую массу, искрящуюся при легком перемешивании. При работе мешалки поверхность утфеля покрывается трещинами и масса свободно отваливается от мешалки. Преждевременное центрифугирование утфелей снижает выход глюкозы. Если утфель передержать в кристаллизаторе, 7To кристаллы истираются, масса становится вязкой, белесовато-матовой, без искристости. Такой утфель дает заниженный выход глюкозы ухудшенного качества.

В начале производства, когда утфельной затравки еще нет, кристаллизацию глюкозы осуществляют по одному из следующих методов [13 и 14]:

кристаллизаторы заливают сиропом плотность 71,5—— 72,5 °Бр для I продукта и 73—74 °Бр для II продукта при температуре 42——44 °C, в сироп засыпают кристаллическую глюкозу (10—15% к массе сиропа). Когда глюкоза перемешается с сиро-

пом в однородную массу, кристаллизацию продолжают по нормальному тем'Пературному графику;

кристаллизатор заливают сиропом по указанному выше режиму на 25—-30% его полной емкости и добавляют 10-^15%： глюкозы. Когда процесс кристаллизации закончится, полученный утфель используют как затравку и кристаллизатор заполняют сиропом, приготовленным уже по нормальному режиму, Этот метод более длительный, но требует меньше глюкозы и дает утфели лучшего качества;

при отсутствии достаточного количества готовой глюкозы сироп 'плотностью 71,5——72,5 °Бр охлаждают до 42——43 ℃ и на каждую тонну сиропа добавляют в холодильник 100150 г глюкозной пудры. После хорошего перемешивания сироп с затравкой заливают в кристаллизатор на 25——30% его полной емкости и кристаллизуют, как обычно. Полученный утфель используют как затравку.

Опыт показывает, что в начале производства во всех случаях первые утфели получаются худшего качества, чем 'при нормально установившейся работе завода.

При грубом нарушении технологического режима в случае образования ложных кристаллов или слишком вязкого утфеля практикуется нагревание утфеля до 55° С и частичное растворение кристаллов с последующим охлаждением и кристаллизацией по графику.

Хорошо фугующиеся утфели и высококачественная глюкоза получаются при соблюдении следующих условий:

необходимо поддерживать в кристаллизаторах pH. сиропов 4,2—4,3, при повышении pH надо добавлять соответствующее количество соляной кислоты; .

нужно кристаллизовать сиропы возможно более высокой доброкачественности, -при снижении доброкачественности возрастает вязкость сиропов, уменьшается скорость кристаллизации и ухудшается качество глюкозы;

температурный режим кристаллизации должен обеспечивать постоянство пересыщения на протяжении всего периода кристаллизации. Повышение коэффициента пересыщения увеличивает скорость кристаллизации и ухудшает качество глюкозы. Снижение коэффициента пересыщения затягивает процесс кристаллизации и уменьшает выход глюкозы;

к концу кристаллизации температуру утфеля нужно снизить настолько, чтобы получить наименьшую вязкость маточного раствора. Это облегчит работу центрифуг и улучшит -промывку глюкозы.

Центрифугирование и сушка глюкозы. Центрифугированием утфель разделяют на кристаллы глюкозы и межкристальный оттек (зеленую патоку). Слой глюкозы в центрифуге промывают водой. Получаемый при этом оттек называют белой паток-ой.

После промывания центрифуга некоторое время работает для просушивания глюкозы. Центрифугирование утфеля II продукта производят без промывки водой. Продолжительность рабочего цикла центрифуги зависит от качества утфеля и в среднем характеризуется данными (в минутах), представленными в табл. 10.

Утфель

I продукта

II продукта

1

15—18

1

25

8—10

—

12—15

12

4

7

40—48

45

ОперацияОперацияТаблица 10

Операция

Операция

Наполнение центрифуги

Отделение зеленой патоки “..

Промывка водой

Просушивание

Полный оборот ....Полный оборот ....Выгрузка

Полный оборот ....

Полный оборот ....

Глюкозу промывают чистой и мягкой водой. Температура воды 40—45 ℃.

В центрифугу воду -подают тонкой струей или через орошающую форсунку, по 3——4 л в минуту. Большое количество воды может вызвать образование промоин в слое глюкозы, нарушить равновесие центрифуги и вызвать вибрацию. Расход воды на. пробелку глюкозы составляет 20—25% к количеству сырой глюкозы. Пробеленная глюкоза имеет влажность 13— 15%, желтый сахар 14——16%.

Из центрифуг сырая глюкоза направляется в сушилку. Высушивание кристаллической глюкозы производится нагретым воздухом. Кристаллическую глюкозу высушивают до 8—9% влажности.

Во время сушки удаляют всю свободную и оставляют только связанную кристаллизационную влагу. Режим сушки обусловливается свойствами гидратной глюкозы, кристаллы которой при 60° С уже плавятся в собственной кристаллизационной воде. Следовательно, в процессе сушки глюкоза не должна нагреваться до температуры выше 50 ℃.

Из сушилки кристаллическая глюкоза поступает на сито для отделения крупки. Глюкозу, -прошедшую через сито, с диаметром отверстий 1—1,5 жж транспортируют в бункер и упаковьь вают в мешки или подают на расфасовочный автомат.

Перед ситом устанавливают магнитный сепаратор для улавливания железных примесей. Комки глюкозы (крупка), отде- 76

ляемые на сите, направляют в клеровочный сборник. При нормальной работе крупки получается не более 10%.

Переработка оттеков. Получаемую при центрифугировании зеленую патоку перерабатывают отдельно, а белую *патоку подают в клеровочный сборник и вместе с растворенным желтым сахаром возвращают в сироп I продукта.

На некоторых заводах для получения более высокой доброкачественности утфеля I и II продукта белую патоку не отделяют, а осахаривают вместе с зеленой патокой. Это приводит к некоторому увеличению количества II продукта, но облегчает гфоцесс кристаллизации и способствует улучшению качества получаемой глюкозы.

Зеленая патока после центрифуг разбавляется до плотности 30° Бр и подвергается дополнительному осахариванию в конверторе под давлением 2,7——3,0 от. Дозировка соляной кислоты составляет 2,0—2,15 кг хлористого водорода на 1 ж3 зеленой патоки плотностью 30 °Бр (0,6—0,65% хлористого водорода к весу сухих веществ осахариваемого оттека). Продолжительность осахаривания при давлении 3 ат равна 30——32 мин, считая с момента повышения давления до начала выдувания из конвертора.

Осахаренные оттеки нейтрализуют содовым раствором до pH 4,8—5,0. После обработки активированным углем, использованным для очистки жидких сиропов основной цепи, и фильтрации оттеки уваривают в выпарке до плотности 55—57°Бр, затем проводят контрольную фильтрацию, уваривают в вакуум- аппаратах до плотности 77—78°Бр и охлаждают в холодильнике до температуры 48—50 ℃.

Сироп II продукта доброкачественностью 84—85% заливают в кристаллизатор, где от предыдущего цикла оставлена за- ?равка в количестве 30—35% утфельной массы. При кристаллизации утфелей II продукта коэффициент »пересыщения должен быть 1,20—1,40, продолжительность кристаллизации 220— 265 ч. Температура в кристаллизаторе после смешивания сиропа с затравкой должна плавно снижаться с 44 до 27—28 ℃ на протяжении всего периода кристаллизации.

Процесс кристаллизации считается законченным, когда плотность маточного раствора снизится до 65—67°Бр, а доброкачественность—до 68—71 %1.

После центрифугирования утфеля II продукта получается желтый сахар и гидрол.

Желтый сахар направляют в клеровочный сборник и возвращают в основную технологическую линию. Гидрол является отходом 'производства. С гидролом уходит свыше 20% глюкозы, образующейся при гидролизе крахмала.

Гидрол и его использование. Гидрол, получаемый при центрифугировании утфеля II продукта, представляет собой

сиропообразную жидкость- темно-коричневого цвета, в которой содержится 65—66% сухих веществ. pH гидрола 4,0—4,2. Сухие вещества гидрола содержат 68—72% редуцирующих веществ и 5—7%1 золы, в том числе 2—3% хлористого натрия. Об углеводном составе гидрола написано на стр. 25—26.

Гидрол применяется главным образом для технических целей： в производстве антибиотиков для приготовления питательных сред в кожевенном производстве при дублении кож, в производстве искусственного волокна как восстановитель, а также может быть использован для производства спирта и как составная часть при производстве комбинированных кормов.

ЛИТЕРАТУРА

Ралль С. Ф. Производство пищевой глюкозы и кристаллизация как основной процесс ее получения. Диссертация на соискание ученой степени доктора техн, наук, М., 1946.

Садовый И. Е. Получение кристаллической глюкозы из крахмала. Диссертация на соискание ученой степени доктора техн. наук. М., 1951.

Садовый И. Е.庶口口，1948, № 9, стр. 44.

Садовый И. Е. ЖПХ. Т. XXVI, 1953, № 9, стр. 949.

Силин П. М. Технология свеклосахарного и рафинадного производства. Пищепромиздат, 1958.

А н д р е е в И. Н. ЖРФХО. Т. XI. Вып. 3, 1908, стр. 397.

Marc R. Zeitschrift fiir Physikalische Chemie. Bd. 61, 1908, s. 385; Bd. 67, 1909, s, 470; Bd. 73; 1910, s. 73; Bd. 79, 1912, s. 71.

Савинов Б. Г. Научные записки кафедры сахарной промышленности Киевского пищевого института. Т. VII, 1929, стр. 416.

Duboung I. et S а и n i е г, R. Bui. Techn. et Cheniigue du Comite Centr. der Fabr. de seiche France, 1939, № 3, p. 1537.

Твердохлебов Л. С. ЖСП, 1953, № 2, стр. 16.

Садовый И. E.( Чубик И. А. Известия высших учебных заведений. «Пищевая технология», 1958, № 4, стр. 90.

Матусевич Л. Н., Шабалин К- Н. ЖПХ. Т. XXV, № 11, 1952, стр. 1157.

Баканов Н. А. и др. Технология крахм ало-п аточного производства. Пищепромиздат, М., 1959.

Баканов Н. А. и др. Справочник по крахмало-паточному производству. Пищепромиздат, М., 1962

Г л а в а VI

ОСНОВЫ РАСЧЕТА ПРОДУКТОВ ПРОИЗВОДСТВА КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙГЛЮКОЗЫ ПО ПРЯМОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ

Расчет продуктов производства служит основой для аппаратурных расчетов при проектировании, для учета производства и контроля технологических процессов.

Количество продуктов при *производстве глюкозы рассчитывается, как обычно, методом составления материального баланса по каждой технологической операции и по производству в целом. Сначала расчет ведут на 100 ке безводного крахмала,

затем полученные количества продуктов пересчитывают на заданную производительность завода.

Количества продуктов сиропной части глюкозного производства вычисляют так же, как и для производства крахмальной патоки.

Ниже приводятся лишь основы расчета, характерные для производства кристаллической глюкозы, и баланс сухих веществ продуктов для нескольких станций этого способа производства.

А匸 OQO1QА匸 OQO1Q+ S + м+ S + мТеоретический выход сухих веществ глюкозного сиропа вычисляется по формуле

А匸 OQO1Q

А匸 OQO1Q

+ S + м

+ S + м

где Л — доброкачественность крахмала;

Q — доброкачественность гидролизата после нейтрализации;

S и N — количества золы и азотистых веществ в гидролизате.

Теоретический выход безводной кристаллической глюкозы к весу сухих веществ кристаллизуемого сиропа без дополнительного осахаривания определяется по формуле Переплетчикова

loo Q—Qr_,

Qc — Qr

где Q — доброкачественность гидролизата после нейтрализации;

Qr — доброкачественность гидрола；

Qc — доброкачественность готового сахара. Эта величина для расчета условно принимается равной 100%.

В случае доосахаривания зеленой патоки выход глюкозы вычисляют по формуле, предложенной С. Ф. Кравченко

у — 1。。[(Q •~ Qi) (10。一 Q3) + (Q2 — Q3) (100 — Q)]

一(100-Qi) (100-Q3)，

где Q — доброкачественность гидролизата крахмала, %;

Qi — доброкачественность зеленой патоки до осахаривания, %;

Q2 ——доброкачественность зеленой патоки после осахаривания, %;

Q3 — доброкачественность гидрола, %.

Состав перерабатываемого крахмала (в % по сухому веществу) :

азотистые вещества (нерастворимые) 0,38

растворимые вещества 0,10

зольные элементы , . 0,12

жир. (экстрагируемый и гидролизный) 0,7。

Всего примесей . . .1,30

750000008915D7519888U897750000008915D7519888U897Доброкачественность, % крахмала нейтрализованного сиропа зеленой патоки до осахаривания .. зеленой пагоки после осахаривания готового сахара (условно для расчета) белой патоки желтого сахара истощенного оттека (гидрола) ...

75000000

8915D751

9888U897

75000000

8915D751

9888U897

Расход соляной кислоты на гидролиз (в % газа НС1 по безводному крахмалу)——0,90.

Количество сухих веществ белой патоки (в % к сухим веществам непробеленного сырого сахара) — 10,0.

Количество сахарной пыли и крупки, возвращаемое в производство из сушилки и рассева (в % по безводному сырому сахару) — 10,0.

Потери сухих веществ сиропа (в % к массе безводного крахмала) — 4,18.

На основании этих данных определяем количество сухих веществ основных продуктов и -полупродуктов.

Количество нейтрализованного сиропа с учетом золы, образующейся при нейтрализации сиропа и оттека составит

7

7\ =—h 1,20 + 0,10+ 1,30- 111,0%,

н 1,0- (0,001-89,5)

где 98,7 ——доброкачественность крахмала;

89,5 — доброкачественность нейтрализованного сиропа;

1,20 ——количество NaCl, образовавшееся при нейтрализации;

0,10 ——количество НС1, связавшееся с примесями крахмала;

1,30 ——количество примесей крахмала.

Теоретический выход очищенного глюкозного сиропа составит

Т 曳Z+ 1,05 + 0,15- 109,60%;

1,0— (0,001-89,5)

где 1,05 — зольность сирота;

0,15 — количество азотистых веществ сиропа.

Потер и примесей крахмала

111,0—109,6=1,4 кг.

Практический выход очищенного глюкозного сиропа при общих потерях 4,18% составит

109,60 — 4,18=105,42 кг.

Выход безводной кристаллической глюкозы- вычисляется по формуле С. Ф. Кравченко

у = 100[(89,5 —81)(100 —71) + (85 — 7)(100 —89,5)] = 714]

что по массе безводного крахмала даст

丄生也丝= 75,28 к，.

100

Количество гидрола определится по разности

105,42—75,28 = 30,14 кг.

Количество утфеля II продукта составит

侬(85也= 58,3 Кг.

95—71

На 100 кг сухих веществ утфеля получается сухих веществ гидрола

100—58,3 = 41,7 кг.

Количество сухих веществ II продукта из 100 кг безводного крахмала будет

з°」4「°° = 72 28 кг.

41,7

Количество безводного желтого сахара составит

72,28 — 30,14 = 42,14 кг..

Поскольку потери сухих веществ глюкозного сиропа во второй цепи составляют 1,68%, а переход части сиропа из цепи I продукта в цепь II продукта ——3,0%, ко л ич ество сухих веществ зеленой патоки, если пренебречь незначительным (приростом сухих веществ в результате гидролиза, составит

72,28+1,68 — 3,00 = 70,96 кг.

Количество сахарной крупки и з рассева и пыли из скруббера сушилки, поступающее на клеровку^ составляет 10% к массе сырого сахара, а к массе безводного крахмала составит

Количество сухих веществ пробеленного с а- х а р а с учетом потерь при сушке и рассеве (10%) составит 75,28 + 8,36+0,10 = 83,74 кг.

В белую патоку переходит 10% сухих веществ непробеленно- го сахара, что к безводному крахмалу составит

83,74-10 _ 100 — 10 —83,74-10 _ 100 — 10 —9,30 кг.9,30 кг.

83,74-10 _ 100 — 10 —

83,74-10 _ 100 — 10 —

9,30 кг.

9,30 кг.

Количество веществ желтого крупки и пылиКоличество веществ желтого крупки и пыликлеровки определяется как сумма сухих сахара, белой патоки и возврата сахарной

Количество веществ желтого крупки и пыли

Количество веществ желтого крупки и пыли

42,14 + 9,30 + 8,36 = 59,80 кг.

Доброкачественность клеровки определяется как средняя арифметическая доброкачественности желтого сахара, белой патоки и сахарной крупки, т. е.

= 94,30%.= 94,30%.(95,0.42,14) + (87・9,30) + (99,0・8,36)59,80

= 94,30%.

= 94,30%.

Количество сухих вещест в утфеля I п р оду к- т а, поступающего на центрифугу, определяется как сумма сырого сахара, зеленой и белой патоки

83,74 + 70,96 + 9,30 - 164,00 кг.

Доброкачественность нейтрализованного сиропа после смешения с клеровкой будет средней арифметической доброкачественности нейтрализованного сиропа и клеровки

(109,6(М9,5)+(59,80・94,3) = % ?0勿

109,60 + 59,80—'

На основании практических данных и данных специальных испытаний потери сухих веществ (в %) по отдельным станциям завода распределяются следующим образом (табл. 11).

Аналогично составляется баланс сухих веществ последующих станций, в основу которого берут данные распределения потерь (см. табл. 11). В итоге получается заданная величина выхода кристаллической глюкозы, равная 75,28 кг.

Располагая балансом сухих веществ на каждой станции производства и характеристикой продуктов (концентрация, доброкачественность и пр.), вытекающей из технологического режима, можно определить вес и объем продуктов на каждой стадии производства. На основании вычисленных данных состав- ляется таблица основных продуктов производства глюкозы.

g о оog 9go

о —о—О О О ООО

00

3

юо zI g

олэгя 弋 j j1

。iO о О О О

00

9

盲直ЭНИЭЫГ g j 12 II 2о f

оd-aHaduoaH- I 111 二二 1

E00000

а о

%9l4W11 1S о 1二［1

®-sBirsiisduo11 11I 1

X—< оо о

00 Z

。о оооодюо о

二Оa9ЭЯ〕叱咆二二 И二〕

О.О I。О О О О ООО

Й 0r

JАО ОООООО

1-9V9dUO9Hо о 1о 1 О 1000

о

о

О ОО1Л LO

-auirelfaduo— g。о о

S

-Xedy ЦЭЭЭИИЦц ИЙЭЮЦ1 二 111 1 1

专

юоод

i«XITodu л 09Iz Z COI I I

eLxAHodu j ей inHoxadau丨 二gо о о о1

о

со

БАЛАНС

сухих веществ продуктов по станциям производства кристаллической глюкозы по прямой кристаллизации

Наименование

Поступило, ка

Выпе- дено, кг

Передано на следующую станцию, ка

Мерник крахмальной суспензии

Безводный крахмал

100,00

Газ НС1, %

0,65

—

—

Итого ...

100,65

—

100,65

Осахаривание крахмала

Подкисленная крахмальная суспензия

100,65

Прирост в результате гидролиза химически чисто-

го крахмала

98,70

1,0-0,001-89,5 9 "° 9，"心

9,77

——

—

Потери сухих веществ глюкозного сиропа ....

—

0,05

一

Итого ...

110,42

0,05

110,37

Нейтрализация

Осахаренный сироп из конвертора

110,37

Клеровка

59,80

Хлористый натрий, образовавшийся в результате

добавления 0,80 ке соды

0,88

Соляная кислота, прореагировавшая с содой ..

0,55

Потери сухих веществ глюкозного сиропа ....

—

0,05

Итого ...

171,05

0,60

170,45

Сборник сиропа перед механической фильтрацией

Нейтрализованный сироп

170,45

Диатомит，

0,5

Итого ..,

170,95

—

170,95

Механическая фильтрация сиропов I продукта

Смесь сиропа с диатомитом

170,95

Диатомит

0,50

Потери примесей крахмала

1,40

Сухие вещества глюкозного сиропа переходят во

II продукт

1,40

Потери сухих веществ глюкозного сиропа ...'.

—

1,50

Итого ...

170,95

3,4。

166,15

Количество и качество продуктов при производстве кристаллической глюкозыпо прямой кристаллизации

Наименование продукта

X

На 1 00 кг безводного крахмала

< 2

X£

Крахмальная суспензия .... Вода для заливки барботера . Кислота соляная ....... Подкисленная крахмальная суспензия

Осахаренный сироп перед выдуванием

Объем этого сиропа при 145 ℃ Раствор соды Клеровка Сироп после нейтрализации .. Сироп после фильтрации с диатомитом

Жидкий сироп после фильтрации с норитом

Вода, выпариваемая на выпарке I продукта

Густой сироп после выпарки I продукта

Густой сироп после I фильтрации с норитом

Густой сироп после II фильтрации с норитом

Сироп после вакуум-аппарата I продукта

Вода, выпариваемая в вакуум- аппарате I продукта ....

■Сырые пробеленные кристаллы глюкозы на сушилку .... Белая патока Крупка и глюкозная пыль .. Просеянная глюкоза Зеленая патока

Разведенная зеленая патока . Кислота соляная Подкисленная зеленая патока . Осахаренный сироп II продукта Объем этого сиропа при 145 ℃ Раствор соды Сироп после нейтрализации .. Жидкий сироп после фильтрации с норитом

Вода, выпариваемая на выпарке II продукта

24,80

1106,1

98,7

100,00

403,2 18,0

2,12

28,14

1143

—

0,65

23,77

1102,6

—

100,65

423,4

22,86

1100,2

—

110,37

482,8

7,03

1074,4

0,80

11,40

68,6

1350

94,30

59,80

87,18

29,32

1129,5

170,45

581,4

29,2

1128,5

91,2

166,15

569,0

29,2

1128,5

91,25

165,35

566,3

—

—

—

—

275,4

56,8

1278

91,25

165,20

290,9

56,8

1278

91,25

163,80

288,4

56,8

1278

91,3

163,75

288,3

73,5

1380

91,3

163,65

222,65

一

—

—

—'

64,3

85,0

99,7

83,74

98,5

44,1

1200

85,0

9,30

21,09

91,0

99,0

8,36

9,19

91,0

—-—

99,7

75,28

82,73

60,75

1300

81,0

70,96

116,81

29,4

1130

—

73,96

251,6

28,14

1143

—

0,25

0,89

29,47

1131

74,21

251,8

26,2

1110

85,0

74,18

283,1

7,03

1074,4

一

0,36

5,13

28,27

1120

—

74,53

263,6

28,27

1120

85,1

73,35

259,5

—

—

—

—

130,6

364,6

18,0

1,86

384,4

439,0

462,1

10,61

64,58

514,8

504,2

501,8

275,4

227,6

225,7

225,6

161,3

64,3

17,58

89,85 222,70

0,78 222,60 255,10 269,80

4,78 235,40

231,7

130,6

Продолжение

Наименование продукта

訪

На 100 ка безводного крахмала

曾三

配

Густой сироп поеле выпарки

II продукта

Густой сироп после фильтрации

56,8

1278

85,1

73,24

128,9

100,9

с норитом

56,8

1278

85,3

73,04

128,6

100,6

Вода, выпариваемая в вакуум-

аппарате II продукта

Сироп после вакуум-аппарата

31,9

31,9

II продукта

75,46

1390

85,3

72,94

96,7

69,6

Желтый сахар

85,0

—

95,0

42,14

49,58

Гидрол

63,6

1320

71,0

30,14

47,40

35,90

РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ

ПРОИЗВОДСТВО КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ГЛЮКОЗЫ ЧЕРЕЗ ЕЕДВОЙНОЕ СОЕДИНЕНИЕ С ХЛОРИСТЫМ НАТРИЕМ

Г л а в а 1

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ДВОЙНОМ СОЕДИНЕНИИ ГЛЮКОЗЫС ХЛОРИСТЫМ НАТРИЕМ

Химический состав. Впервые упоминание о соединении хлористого натрия с глюкозой встречается в литературе в 1825 г. Калу [1] получил при выпаривании раствора крахмального сахара и поваренной соли кристаллы, имеющие форму сдвоенной шестигранной пирамиды. Химический состав этих кристаллов соответствовал формуле двойного соединения (C6Hi2O6)2-NaCl-H2O.

Бруннер [2], проверяя идентичность крахмального сахара виноградному и медовому, получил его соединение с поваренной солью и проанализировал. Аналитические данные полностью совпали с цифрами Калу и еще раз подтвердили правильность формулы двойного соединения глюкозы с поваренной солью.

Состав, найденный Эрдманном [3] и Эрдманном и Леманном [4], несколько отклоняется от данных Бруннера. По мнению авторов, в молекуле двойного соединения содержатся две молекулы кристаллизационной воды. Однако в своей работе они приводят данные, соответствующие формуле (СбН120б)2* NaCl • Н2О.

Авторы отметили, что при длительном выдерживании кристаллов двойного соединения над серной кислотой они теряют влагу, становятся непрозрачными и распадаются в порошок.

Пелигот [5] утверждал, что при 100——125 ℃ из двойного соединения могут быть удалены две молекуль! воды. При 150—— 160 ℃ наступает разложение, причем вещество распространяет карамельный запах, становится коричнево-желтым и плавится.

В более поздних работах Бруннер [6] высказывал предположение, что кристаллы двойного соединения, очищенные многократной перекристаллизацией, должны состоять из одинакового количества молекул глюкозы и поваренной соли.

Относительно химического состава соединения глюкозы с хлористым натрием в литературе имеется еще ряд указаний.

Так Липпманн [7] и Пастер [8] в своих исследованиях указывают формулу С6Н12Об • NaCl • Н2О.

Фишер и Швидмер [9] приписывали этому соединению формулу (СбН12О6)2'МаС1, а Штеделер [10]—(C6Hi2O6)2-2NaCb • Н2О. Штеделер также утверждал, что им были получены кристаллы СбН12О6 • 2NaCl • Н2О.

Реманн [11] в своих исследованиях упоминал о другом составе двойного соединения (СбН120б)2 • NaCl ■ V2 Н2О.

Расхождения в количествах хлористого натрия и воды в двойном соединении у различных авторов можно отнести за

Рис. 18. Форма кристаллов двойного соединения глюкозы с хлористым натрием по Пастеру:а — правильная гексагональная призма; 6 — исходная форма — ромбоэдральная призма.Рис. 18. Форма кристаллов двойного соединения глюкозы с хлористым натрием по Пастеру:а — правильная гексагональная призма; 6 — исходная форма — ромбоэдральная призма.счет загрязнений и увлаж- ненрш исследуемого м ате ■ риала.

Рис. 18. Форма кристаллов двойного соединения глюкозы с хлористым натрием по Пастеру:

а — правильная гексагональная призма; 6 — исходная форма — ромбоэдральная призма.

Рис. 18. Форма кристаллов двойного соединения глюкозы с хлористым натрием по Пастеру:

а — правильная гексагональная призма; 6 — исходная форма — ромбоэдральная призма.

Можно предположить, что соединение (СбН12О6)2- •2NaCl -Н2О, выделенное Штеделером, являлось смесью NaCl и (С6Н120б)2' •NaCl-Н2О, а соединения (СбН^Об) 2 ♦ NaCl • 2H2О и (СбН^Об) 2' NaCl • ЗН2О содержали адсорбированную поверхностную влагу, исказившую результаты анализов.

Мацуура [12] обнаружил существование только одного соединения глюкозы с

хлористым натрием —— (C6H12O6)2.NaCbH2O.

Форма кристаллов. Форма кристаллов двойного соединения также подвергалась тщательному изучению.

Пастер первым описал параметры кристаллов этого соединения. Кристаллическая форма глюкозата поваренной соли, по его мнению, представляет собой додекаэдр с гранями из равнобедренных треугольников (рис. 18, о), относящийся к гексагональной системе. Кристалл представляет собой две шестигранные пирамиды, сложенные основаниями. Три из шести плоскостей каждой пирамиды, составляющие додекаэдр, имеют в вершине плоскости — h, которые, получив развитие, образуют ромбоэдр.

Первоначальная исходная форма представляет собой прямую ромбоэдральную призму (рис. 18, б). Эта форма нигде не встречается. Число форм, сгруппированных в каждом кристалле, и способ их группировки всегда дают шесть граней, расположенных так, что в случае их продолжения они образуют ромбоэдр.

Автор убедился по положению на плоскости оптических осей в том, что гомеэдрические грани ——h соответствуют граням, но не углам оснований ромбоэдральной призмы исходной формы.

Шабус [13 и 17], Гросс [14], Траубе [15], Хейнц [16] и К。- бэль [17] отнесли кристаллы двойного соединения к гексагональной системе.

Подробное гониометрическое исследование кристаллов было проведено 'проф. О. М. Аншелесом и его сотрудниками [18].

Гониометрическому исследованию подвергались кристаллы весом около 0,07 г, выращенные при комнатной температуре в водном растворе двойного соединения. Для выращивания кристалла насыщенный раствор этого соединения наливали в стакан и ставили для медленного испарения. По мере испарения воды (без внесения затравки) на поверхности раствора зарождались и рослр! кристаллы. Они были хорошо огранены, но на плоскости, которая при росте кристалла находилась на границе раздела раствора и воздуха, часто образовывались углубления.

Иногда эти кристаллы были и без изъянов. По форме они не отличались от кристаллов, наблюдаемых под микроскопом.

Гониометрическое исследование показало, что кристаллы двойного соединения глюкозы с хлористым натрием должны быть отнесены к тригональной сингонии. Форма кристалла состоит из двух ромбоэдров. Иногда наблюдались грани призмы, которые были очень слабо выражены.

Полярное расстояние обеих граней ромбоэдра равно 63°22‘ (угол, образованный перпендикуляром к грани и главной осью). Угол между каждой гранью и тройной осью дополнительный до 90°, т. е. 90—©3°22'=26°38'. Угол между большой и малой гранями, лежащими рядом, равен приблизительно 128° (по графическому расчету).

Угол, образованный перпендикулярами к этим граням, составляет 52°. Угол между перпендикуляром к большой и малой граням, расположенным одна под другой, равен 53°16‘. Угол между этими гранями равен 180—53°i6'= 12б°44‘.

Таким образом, кристалл двойного соединения имеет шесть одинаковых больших граней в виде семиугольника и шесть одинаковых малых граней в виде треугольника. Под микроскопом было определено при помощи микроокуляра соотношение длины и ширины кристалла, оно равно приблизительно 6:3,5 /рис. 19).

Форма кристаллов зависит от условий их выращивания: пересыщения раствора, интенсивности перемешивания или отсутствия его, от количества и природы примесей, а также ряда других факторов [19].

Различие в представлении о форме кристаллов двойного соединения у Пастера, Хейнца и О. М. Аншелеса может быть

объяснено тем обстоятельством, что кристаллы были выращены из различных растворов и при разных условиях.

На рис. 20 помещена микрофотография кристаллов двойного соединения, выделенных из гидролизатов крахмала. Размер кристалла определяли под микроскопом при помощи мнк-

26О38,26О38,Рис. 19. Форма кристалла двойного соединения глюкозы с хлористым натрием,состава(СбН120б)2 * NaCl • Н2О (по О. М. Аншелесу).Рис. 19. Форма кристалла двойного соединения глюкозы с хлористым натрием,состава(СбН120б)2 * NaCl • Н2О (по О. М. Аншелесу).роокулярной линейки путем замера длины главной оси—比 Коэффициент пересыщения подсчитывали как отношение количества двойного соединения на единицу воды в пересыщенном растворе к количеству его на единицу воды в насыщенном растворе. С увеличением пересыщения размер кристаллов уменьшается. В табл. 12 представлены цифры, характеризующие эту зависимость при температуре 30 ℃ [18].

26О38,

26О38,

Рис. 19. Форма кристалла двойного соединения глюкозы с хлористым натрием,состава

(СбН120б)2 * NaCl • Н2О (по О. М. Аншелесу).

Рис. 19. Форма кристалла двойного соединения глюкозы с хлористым натрием,состава

(СбН120б)2 * NaCl • Н2О (по О. М. Аншелесу).

Размер кристаллов зависит и от температуры кр ист алл из ации: средний размер их при кристаллизации из чистых

растворов при различных пересыщениях и температуре 60'℃ равен 0,152 мм, при 30 ℃ — 0,079 и при 15 ℃—0,077 мм.

Для определения размера поверхности кристалла сахарозы используется зависимость, существующая между поверхностью кристалла и его весом.

Если установить значение К, постоянной величины, характерной для каждого кристаллического вещества и зависящей от его кристаллографической формы и плотности, то можно подсчитать размер поверхности кристалла (см. стр. 65). Для двойного соединения К=4,53 [18].

ОбычноОбычно6 7 8 4 66 3 5 126 7 8 4 66 3 5 124 4 4 4 ООО4 4 4 4 ООО7 7 9 94 4 6 67 7 9 94 4 6 638,35,,20,6038,35,,20,60выращивают не отдельные кристаллы, а большое количество мелких кристаллов ——кристаллическую массу. Со-

Обычно

Обычно

6 7 8 4 6

6 3 5 12

6 7 8 4 6

6 3 5 12

4 4 4 4 ООО

4 4 4 4 ООО

7 7 9 9

4 4 6 6

7 7 9 9

4 4 6 6

38,35,,20,60

38,35,,20,60

. Таблица 12

Длина главной оси кристалла, мм

Коэффициент пересыщения

Длина главной осн кристалла, мм

Коэффициент пересыщения

в начале опыта

в конце опыта

в начале опыта

в конце опыта

вершенно очевидно, что поверхность этой массы будет значительно больше поверхности одного кристалла такого же веса. И тем больше будет эта разница, чем мельче кристаллы, содержащиеся в кристаллической массе. В связи с этим была сделана попытка упростить способ определения поверхности кристаллической массы, заменив определение веса кристалла измерением длины какой-нибудь оси.

Рис. 20. Кристаллы двойного соединения, выделенные из гидролизатов крахмала.

Была определена зависимость поверхности кристалла двойного соединения, выраженной в квадратных миллиметрах, от длины его главной оси ——/, выраженной в миллиметрах,

S = 1,44/2 [18].

Найдена зависимость поверхности кристалла двойного соединения, выраженной в Квадратных миллиметрах, от проекции его главной оси 厶，выраженной в миллиметрах,

S — 1,8/1 [18].

Водные растворы. В литературе существуют противоречив вые данные о поведении двойного соединения в водных растворах.

Пастер [8] обнаружил, что растворы двойного соединения обладают способностью вращать плоскость поляризации света. С течением времени величина поляризации растворов этого со-

единения уменьшается и конечная величина совпадает с удельным вращением растворов чистой глюкозы. Это привело ученого к мысли, что в растворе присутствует глюкоза, а следовательно, двойное соединение при соприкосновении с водой разрушается. Однако такой же характер изменений величины поляризации у растворов чистой глюкозы привел автора к неразрешимым противоречиям.

Мацуура [12] исследовал равновесие системы 《глюкоза — поваренная соль ——вода》при 24 ℃. Автор пришел к выводу, что двойное соединение (С6Н12О6)2 • NaCl • Н2О разлагается -при растворении в воде. Прибавление хлористого натрия сильно снижает растворимость двойного соединения, и оно опять выкристаллизовывается.

К такому же выводу пришли Фишер и Швидмер [9], изучая подъем водных растворов этого соединения по фильтровальной бумаге. Они обнаружили изменение соотношений между глюкозой и хлористым натрием по высоте подъема.

Трей [20], изучавший влияние нейтральных солей на скорость изменения вращательной способности глюкозы, утверждал, что в растворе это соединение находится в виде индивидуума, т. е. не разлагается. По мнению Энтона [21] глюкозат поваренной соли при комнатной температуре разлагается водой на глюкозу и хлористый натрий, но при длительном перемешивании или нагревании компоненты снова соединяются.

Н. В. Лебедев и Б. О. Любин [22——24] начали свои исследования с разложения двойного соединения глюкозы и хлористого натрия при высоких температурах, пытаясь использовать существующее различие между глюкозой и хлористым натрием в отношении влияния температуры на растворимость. Однако после 4——5-часового перемешивания двойного соединения с определенным количеством воды соотношение между глюкозой и хлористым натрием осталось в растворе таким же, кал и в исходном соединении. При температуре 80—85 ℃ растворение двойного соединения не сопровождалось распадом на компоненты.

Растворение двойного соединения *при 15℃ представляло совершенно иную картину. Образовавшаяся после добавления воды полужидкая смесь через 2——3 мин превращалась в густую массу (как об этом уже писал Энтон), отличавшуюся большой белизной и более мелкой кристаллической структурой. Кристаллы оказались глюкозой с незначительной примесью хлористого натрия. Наблюдаемые явления были объяснены наличием у двойного соединения глюкозы с хлористым натрием температурного интервала превращения, изученного ВантТоффом [25]. Вне интервала превращения двойное соединение растворяется без разложения.

На основании политермических и приближенных изотермических кривых системы глюкоза——хлористый натрий ——вода были сделаны следующие выводы [26 и 27]:

двойное соединение при смешении с водой при температурах ниже 28,5 ℃ распадается на составные части ——глюкозу и хлористый натрий, при этом определенное количество гидратной глюкозы переходит в твердую фазу в виде кристаллов, а хлористый натрий с некоторым количеством глюкозы переходит в раствор;

двойное соединение при смешении с водой при температурах выше 92,5 ℃ распадается на части ——хлористый натрий и глюкозу, при этом определенное количество хлористого натрия переходит в твердую фазу в виде кристаллов, а глюкоза с некоторым количеством хлористого натрия переходит в раствор;

двойное соединение в температурном интервале 28,5—— 92,5 ℃ при смешивании с водой не разлагается на составные части. При соприкосновении с водой происходит быстрое рас-. творение двойного соединения, вследствие его большой растворимости. В растворе оно распадается на глюкозу и хлористый натрий. Если предположить, что глюкоза в двойном соединении связана с хлористым натрием своей a-формой, быстрый процесс кристаллизации глюкозы при разложении двойного соединения можно объяснить следующим образом.

Поскольку растворимость двойного соединения значительно выше, чем растворимость a-формы глюкозы, раствор становится пересыщенным в отношении последней и при разложении двойного соединения глюкоза выкристаллизовывается.

Процессу кристаллизации a-формы глюкозы способствует понижение температуры раствора, благодаря которому уменьшается скорость перехода (мутаротации) a-формы в р-форму глюкозы и не снижается пересыщение раствора по отношение к а-форме.

Повышение температуры ускоряет мутаротацию и снижает коэффициент пересыщения a-формы глюкозы.

Этим объясняется невозможность получения глюкозы (при разложении двойного соединения в интервале температуры 80—85℃.

Если проводить разложение двойного соединения при 15 °C, то мутаротация идет медленно и раствор оказывается пересыщенным в отношении а-глюкозы, которая быстро кристаллизуется.

ЛИТЕРАТУРА

С а 11 о u d. Annalen der Pharmacie. Bd. XIV, 1825, S. 308.

Brunner. Annalen der Pharmacie. Bd. XIV, 1835, S. 316.

3、Erdmann. Journal der Pharmacie. Bd. XVI, 1835, S. 247.

iqqq 七与E’mann und Lehmann. Annalen der Pharmacie. Bd. XXVIII, looo,、. oo4.

P e 1 i g o t. Annalen der Pharmacy. Bd. XXIX, 1889, S. 69.

Brunner. Annalen der Pharmacie. Bd. XXXI, 1839, S. 195.

Lippmann. Die Zuckerarten und ihre Derivate. Braunschweig, 1904, S. 550.

Pasteur. Annalen de Chemie et de phys. Bd. XXI, 1851, S. 67.

Fischer und Schwidmer. Annalen der Chemie. Bd. 271, 1892, S. 156.

S t a d e 1 e r. Polyfechnisches Journal herausgegeben, Dingier, 1854, S. 621.

R 6 h m a n n. Berichte der Deutschen Chemschen Gesehlschaft. Bd. XXV, 1892, S. 3654.

Matsuura. Bull, of the Chemie Soc. of Japan. Vol. 2, No. 2, 1927, p. 11. J. Chem. Japan, 1928, No. 9, p. 247.

S h a b u s. Bestimmung der Krystallgestalten in Chemischen Laborato- rier Erzeugten Producte, Wien, 1865, S. 21.

Groth. Chemische Krystallographie. Bd. Ill, 1910, S. 438.

T r a u b e N. Jahrb. fiir Miner. Beil. Bd. 8, 1893, S. 518.

17.17.H e i n t z e К г у s t. Unters. Org. Verb. Dissert. Gottengen, 1884, S. 22.

17.

17.

К о b e 11. Journal fiir prakt. Chemie. Bd. 28, 1843, S. 489.

Глазкова В. Л., Лебедев Н. В. Сборник трудов НИИГС, Гос- лесбумиздат, 1960, т. VIII, стр. 220.

Шубников А. В. Образование кристаллов. Изд. АН СССР, 1947.

Т г е у. Zeitschrift fur Physikalische Chemie. Bd. XXII, 1897, S. 423.

Anthon. Polytech. Journal herausgegeben. Bd. 166, 1862, S. 69.

Лебедев H. В., Любин Б. О. «Гидролизная промышленность СССР》，1949, № 3, стр. 10.

Лебедев Н. В., Любин Б. О. Авторское свидетельство № 67145 кл. 89 1/02 с приоритетом от 15 января 1945 г.

Л ебедев Н. В., Л юбин Б. О.,來ПХ. Т. XXII, 1950, № 4, стр. 409.

Вант-Гофф Я. Г. Лекции об образовании и разложении двойных солей. Изд. АН СССР, 1937.

Лебедев H. В. Сборник трудов НИИГС. T. VIII. Гослесбумиз- дат, 1960, стр. 144.

G. Т е g g 巳 Die Starke, 1962, № 8. S. 269.

Глава I I

ОБРАЗОВАНИЕ ДВОЙНОГО СОЕДИНЕНИЯ ГЛЮКОЗЫ С ХЛОРИСТЫМНАТРИЕМ

Равновесная система глюкоза — хлористый натрий — вода

Известно, что глюкоза способна образовывать двойные соединения с различными солями [1 и 2].

Новый метод выделения глюкозы из растворов основан на этом ее свойстве. Глюкоза при определенных условиях образует двойное соединение с хлористым натрием. Из пересыщенного раствора, в котором содержится определенное количество хлористого натрия, глюкоза выделяется в виде двойного соединения (СбН12О6)2 • NaCl • Н2О с образованием крупных, хорошо оформленных кристаллов [3]. Это соединение глюкозы с хлористым натрием при смешении с некоторым количеством воды

распадается на составные части и в определенном температурном интервале глюкоза выделяется в твердую фазу.

Основными компонентами во всех процессах выделения кристаллической глюкозы является глюкоза, хлористый натрий и вода. Взаимное поведение этих компонентов определяет сущность протекающих процессов. Для максимального извлечения глюкозы из ее растворов в виде двойного соединения с хлористым натрием необходимо знать условия образования этого соединения.

Рис. 21. Изотерма растворимости системы C6H12O6—NaCl—Н2о при 30 ℃.

Анализ равновесных фаз был проведен методом треугольной диаграммы. Графическое изображение равновесных солевых растворов характеризует состояние системы и дает возможность проследить за происходящими в ней изменениями. Указанный метод позволяет полностью проанализировать систему и требует измерения только одной физической константы. На графике (рис. 21) представлена изотерма растворимости системы СбН120б—NaCl — Н2О при 30 ℃ [4].①игуратнвннв точки равновесных растворов системы, соединенные между собой, дали кривую, состоящую из трех ветвей. Согласно принципа соответствия каждой ветви растворимости отвечает свое вещество, следовательно, при 30 °C в растворе существует три вещества. Ветвь АВ характеризует изменение растворимости глюкозы в системе. Твердой фазой этой кривой до точки В является глюкоза. В точке В начинает кристаллизоваться другое соединение, растворимость которого в данной системе характеризуется кривой ВС.

Лучи, соединяющие фигуративные точки кривой ВС с соответствующими точками осадков, указывают на существование

двойного соединения следующего химического состава (в %): глюкоза ——82,5, NaCl ——13,4, вода ——4,1, что соответствует формуле: (СбН12О6) 2 • NaCl • Н2О. При определенных для данной температуры концентрациях компонентов двойное соединение перестает выделяться из растворов в кристаллическом состоянии и система приходит в состояние, отмеченное точкой С.

Ветвь CD является кривой растворршости хлористого натрия при 30 ℃ в системе С6Н12О6 — NaCl — Н2О. Поскольку в тройной системе сахароза ——поваренная соль ——вода при 20,40 и 60 ℃, кроме исходных компонентов, выделяется двойное соединение, отвечающее формуле СбН^Оц • NaCl * Н2О [5], можно 虱 в системе глюкоза ——поваренная соль ——вода, хлористый натрий условно считать комплексообразователем, что вообще характерно для галоидных солей щелочных металлов.

Образование двойного соединения в растворе можно изобразить уравнением ЫаС1 + 2СбН12О6^ (C6Hi2O6)2 • NaCl. Увеличение концентрации хлористого натрия сдвигает равновесие реакции вправо, уменьшая растворимость двойного соединения по правилу Нернста, утверждающего, что растворимость одной соли падает в присутствии другой, имеющей общий ион с первой. Если в системе образуется двойное соединение, то могут представиться два случая: двойное соединение либо разлагается, либо не разлагается водой. Соединив вершину Н2О с точкой £, (см. рис. 21), характеризующей состав этого соединения, получим так называемый луч двойного соединения. Точки, расположенные на луче, дают отношение координат, равное отношению количеств компонентов в соединении. Если этот луч пересекает ветвь двойного соединения, то оно растворимо без разложения в воде. Состав жидкости совпадает с составом твердой фазы, из которой образовался равновесный раствор, т. е. соединение не разлагается водой. О том, что при 80 ℃ двойное соединение глюкозы с хлористым натрием не разлагается, свидетельствуют неудачные попытки получить при этой температуре кристаллическую глюкозу, действием на соединение водой [6]. Следовательно, и при 30 ℃, и при 80 ℃ (С6Н12О6)2' NaCl • Н2О может растворяться в воде без разложения. Однако Мацуура [7], исследуя равновесие системы при 24 ℃, установил, что соединение глюкозы с хлористым натрием, растворяясь в воде при этой температуре, разлагается. Поваренная соль снижает растворимость двойного соединения и вызывает кристаллизацию. Такое двойное соединение устойчиво в соприкосновении с раствором одного из компонентов. Из раствора может быть выделен тот компонент, ветвь растворимости которого при этой температуре пересекает луч двойного соединения. При 24 ℃ соединение глюкозы и хлористого натрия растворяется с разложением на составляющие компоненты. Его луч пересекает ветвь растворимости глюкозы, следовательно,

при этой температуре из раствора может быть выделена глюкоза. Для каждого двойного соединения можно указать темге- ратуру, при которой растворение без разложения переходит в растворение с разложением, и наоборот. Существование такого соединения в растворе обусловлено соответствующими концентрациями глюкозы pi хлористого натрия. В определенном температурном интервале можно выделить глюкозу.

Интервал температур, в котором двойное соединение растворяется с разложением на составляющие, называется интервалом превращения. Он лежит между точкой превращения и той температурой, при которой соединение растворяется без разложения. Однако и в этом температурном интервале это соединение существует в растворе, о чем говорит присутствие трех ветвей на диаграмме растворимости при 24 ℃. При этой теМ'Пер ату ре можно при определенной концентрации хлористого натрия растворять двойное соединение без разложения.

Влияние хлористого натрия на растворимость глюкозыи вязкость ее насыщенных растворов

Хлористый натрий повышает растворимость глюкозы. При определении растворимости глюкозы в зависимости от концентрации хлористого натрия в растворе необходимо учитывать возможность их взаимодействия и выпадения двойного соединения в осадок.

На рис. 22 графически изображена зависимость растворимости глюкозы в водных растворах хлористого натрия от температуры. Политермы представляют собой плавно изменяющиеся кривые, показывающие повышение растворимости глюкозы в системе с увеличением температуры. Характер изменения политерм не зависит от концентрации хлористого натрия в растворе. Изменение температуры одних и тех же растворов не вызывает образования двойного соединения, в противном случае плавность хода кривых нарушалась бы. Политермы / и 2 показывают, что растворимость глюкозы в растворах поваренной соли больше, чем в чистой воде, и пропорциональна концентрации соли. Однако расположение кривой 3 ниже всех остальных свидетельствует о каких-то изменениях в системе, вызванных увеличением концентрации хлористого натрия. Эти изменения происходят при всех температурах в интервале от 10 до 70 ℃.

При сравнении растворимости глюкозы в растворах хлористого натрия различной концентрации (табл. 13) видно, что введение хлористого натрия в насыщенный раствор глюкозы вызывает увеличение ее растворимости. С повышением температуры разность между растворимостью глюкозы в растворах, содержащих хлористый натрий, pi растворимостью глюкозы в 4 Е. Я. Жарова и др. 97

Таблица 13

1020304050607010203040506070Концентрация глюкозы в равновесных растворах, в а на 100 а воды при температуре, ℃Концентрация глюкозы в равновесных растворах, в а на 100 а воды при температуре, ℃Концентрацияхлористого натрия висходных растворах,а на 100 2 водыКонцентрацияхлористого натрия висходных растворах,а на 100 2 воды359,3 389,0 400,6 417,0464,3466,7 446,5 413,9 400,0346,7359,3 389,0 400,6 417,0464,3466,7 446,5 413,9 400,0346,702600780005935474乙仇仇9012343118233333333202600780005935474乙仇仇901234311823333333327240244220 354О9О49 4346685219 22222222217240244220 354О9О49 4346685219 2222222221181600099328953180826 78901987611 11 il il ох^ ох^ il il il il181600099328953180826 78901987611 11 il il ох^ ох^ il il il il434000000002668180*02223344422434000000002668180*0222334442265853904301589071981999900199965853904301589071981999900199943872904852 9 0 4 4 6 /406767777877543872904852 9 0 4 4 6 /4067677778775растворраствор015101520253035 Насыщенный015101520253035 Насыщенный

10

20

30

40

50

60

70

10

20

30

40

50

60

70

Концентрация глюкозы в равновесных растворах, в а на 100 а воды при температуре, ℃

Концентрация глюкозы в равновесных растворах, в а на 100 а воды при температуре, ℃

Концентрацияхлористого натрия висходных растворах,а на 100 2 воды

Концентрацияхлористого натрия висходных растворах,а на 100 2 воды

359,3 389,0 400,6 417,0

464,3

466,7 446,5 413,9 400,0

346,7

359,3 389,0 400,6 417,0

464,3

466,7 446,5 413,9 400,0

346,7

02600780005935474乙仇仇

9012343118

2333333332

02600780005935474乙仇仇

9012343118

2333333332

7240244220 354О9О49 4346685219 2222222221

7240244220 354О9О49 4346685219 2222222221

181600099328953180826 78901987611 11 il il ох^ ох^ il il il il

181600099328953180826 78901987611 11 il il ох^ ох^ il il il il

4340000000

02668180*0

2223344422

4340000000

02668180*0

2223344422

6585390430

1589071981

9999001999

6585390430

1589071981

9999001999

43872904852 9 0 4 4 6 /4067677778775

43872904852 9 0 4 4 6 /4067677778775

раствор

раствор

0

1

5

10

15

20

25

30

35 Насыщенный

0

1

5

10

15

20

25

30

35 Насыщенный

Рис. 22, Влияние температуры на растворимость глюкозы в водных растворах хлористого натрия: содержание хлористого натрия в исходных растворах (г на 100 г воды)：/ — 10； 2 — 20: 3 — насыщенный NaCl； 4 — без NaCl.Рис. 22, Влияние температуры на растворимость глюкозы в водных растворах хлористого натрия: содержание хлористого натрия в исходных растворах (г на 100 г воды)：/ — 10； 2 — 20: 3 — насыщенный NaCl； 4 — без NaCl.

Рис. 22, Влияние температуры на растворимость глюкозы в водных растворах хлористого натрия: содержание хлористого натрия в исходных растворах (г на 100 г воды)：

/ — 10； 2 — 20: 3 — насыщенный NaCl； 4 — без NaCl.

Рис. 22, Влияние температуры на растворимость глюкозы в водных растворах хлористого натрия: содержание хлористого натрия в исходных растворах (г на 100 г воды)：

/ — 10； 2 — 20: 3 — насыщенный NaCl； 4 — без NaCl.

до макдо макчистой воде, возрастает. Донной фазой этих растворов

до мак

до мак

симального значения растворимости глюкозы остается глюкоза. При определенной для каждой температуры концентрации

хлористого натрия растворимость глюкозы достигает своего максимального значения; донной фазой таких растворов уже является смесь глюкозы и двойного соединения. Единственным объяснением этого повышения растворимости глюкозы может быть образование в растворе ее двойного соединения с хлористым натрием. В таких растворах дальнейшее растворение хлористого натрия не может продолжаться без выделения некоторого количества накопившегося двойного соединения. Более интенсивное увеличение. растворимости глюкозы с повышением температуры растворов одних и тех же концентраций хлористого натрия свидетельствует об увеличении скорости образования двойного соединения. По законам химической кинетики при повышении температуры на каждые 10° скорость взаимодействия между веществами увеличивает-

ся в 2——3 раза. Повышение температуры вызывает не только более частые столкновения молекул, но и увеличивает число эффективных столкновений. Это подтверждается перемещением максимальных значений растворимости глюкозы (при двойном соединении в донной фазе) в сторону меньших концентраций хлористого натрия при повышении температуры. Следовательно, на скорость образования двойного соединения в растворе боль

шое влияние оказывает температура. Для более полного использования одного из выступающих в обратимую реакцию веществ надо действовать на него избытком другого.

Для подтверждения предположений об образовании в растворе двойного соединения глюкозы с хлористым натрием важно выяснить, сохраняются ли закономерности растворимости при изменении вязкости. Вязкость глюкозных растворов возрастает пропорционально увеличению их концентрации.

При данной температуре вязкость насыщенных растворов увеличивается по мере снижения доброкачественности из-за увеличения растворимости глюкозы. Поваренная соль, введенная в раствор вместо глюкозы,

Рис. 23. Влияние температуры на вязкость насыщенных растворов глюкозы с различным содержанием хлористогоРис. 23. Влияние температуры на вязкость насыщенных растворов глюкозы с различным содержанием хлористогонатрия:натрия:содержание хлористого натрия в исходных растворах (а на ЮО а воды): / — 1； 2—10;3 — 20； 4 — насыщенный NaCl; 5 — без NaCl.содержание хлористого натрия в исходных растворах (а на ЮО а воды): / — 1； 2—10;3 — 20； 4 — насыщенный NaCl; 5 — без NaCl.понижает вязкость растворов. Прибавка хлористого натрия к насыщенным растворам глюкозы повышает их вязкость.

Рис. 23. Влияние температуры на вязкость насыщенных растворов глюкозы с различным содержанием хлористого

Рис. 23. Влияние температуры на вязкость насыщенных растворов глюкозы с различным содержанием хлористого

натрия:

натрия:

содержание хлористого натрия в исходных растворах (а на ЮО а воды): / — 1； 2—10;

3 — 20； 4 — насыщенный NaCl; 5 — без NaCl.

содержание хлористого натрия в исходных растворах (а на ЮО а воды): / — 1； 2—10;

3 — 20； 4 — насыщенный NaCl; 5 — без NaCl.

Для сравнения приведена кривая зависимости вязкости насыщенных растворов глюкозы при увеличении температуры (рис. 23). Поскольку растворимость глюкозы в растворах поваренной соли выше, чем в чистой воде, кривые вязкости /, 2 и 3 располагаются над политермой 5. Расположение кривой 4 ниже всех остальных так же, как и соответствующая ей кривая растворимости обращает внимание на происходящие в системе изменения, обусловленные дальнейшим увеличением концентрации NaCL Эти изменения происходят во всем интервале температур. При постоянной температуре вязкость насыщенных растворов глюкозы с увеличением концентрации хлористо-

го натрия возрастает. Как видно из табл. 14, максимальное значение вязкости при определенной температуре отмечается при тех же величинах NaCl, что и максимальные значения растворимости. Рост вязкости насыщенных растворов глюкозы с увеличением концентрации поваренной соли объясняется в основном повышением содержания глюкозы в растворах. Однако присутствие поваренной соли увеличивает суммарное содержание сухих веществ раствора, что так же сказывается на изменении вязкости в сторону ее увеличения.

Таблица 14

Концентрация хлсрнстого натрия в исходных растворах, г на 100 г воды

Вязкость насыщенных растворов (в спз) при температуре, ℃

10

20

30

40

50

60

70

1

12,4

13,7

16,9

26,0

54,1

81,8

93,4

5

14,0

15,6

18,0

28,3

59,6

89,8

103,6

10

15,3

16,8

19,9

32,4

70,6

112,0

119,8

15

18,0

19,8

23,6

47,5

82,0

142,0

154,3

20

22,7

23,7

27,9

55,1

96,8

172,0

174,8

25

24,1

26,0

33,6

40,4

75,6

154,0

160,4

30

18,2

19,6

28,4

32,4

52,4

141,2

146,2

35

15,6

18,0

27,6

28,0

42,0

138,0

142,5

Насыщенный раса вор

12,2

13,0

16,6

22,2

42,6

66,0

86,2

Таким образом, результаты, полученные методами измерения вязкости и определения растворимости, полностью согласуются. Изучение вязкости насыщенных растворов глюкозы в присутствии хлористого натрия подтверждает образование и существование в растворе двойного соединения. Найдены концентрации компонентов системы СбН^Об—NaCl—Н?。в интервале температур от 10 до 70 ℃, достаточные для начала кристаллизации двойного соединения из растворов. Содержание NaCl в исходном растворе колеблется в незначительных пределах, от 20 до 25 г/100 г воды, а концентрация глюкозы от 87 до 466 г.

Зависимость растворимости хлористого натрия и вязкостиего насыщенных растворов от концентрации глюкозы

Определены концентрации глюкозы в растворах насыщенных хлористым натрием, при которых прекращается кристаллизация двойного соединения. Изменения растворимости хлористого натрия в водных растворах глюкозы изображены на рис. 24 в виде изотерм, имеющих одинаковый характер. Кривые проходят отчетливо выраженный максимум, соответствую-

Ю0

Содержанье глюкозы £ исходных растворах, г/100 г §одыСодержанье глюкозы £ исходных растворах, г/100 г §одыРис. 24. Влияние концентрации глюкозы в водных растворах на растворимость хлористого натрия: температура равновесия, ℃: 1 — 20; 2 — 30; 3 — 40.Рис. 24. Влияние концентрации глюкозы в водных растворах на растворимость хлористого натрия: температура равновесия, ℃: 1 — 20; 2 — 30; 3 — 40.щий точке С на триангулярной диаграмме (см. рис. 21). Как видно из рисунка, максимумы с повышением температуры перемещаются в сторону увеличения концентрации компонентов, составляющих эту систему. Вправо от максимума располагается поле кристаллизации двойного соединения. Увеличение концентрации глюкозы не вызывает заметного повышения растворимости хлористого натрия, поскольку этому участку соответствуют процессы выкристаллизовывания двойного соединения. Хлористый натрий из твердого состояния переходит в раствор и реагирует с глюкозой, а двойное соединение, растворимость которого падает в присутствии соли, выкристаллизовывается. Поскольку на всем этом участке растворимость хлористого натрия ниже его растворимости при той же температуре в чистой воде, можно говорить о высаливающем действии. С повышением температуры увеличивается растворимость двойного соединения. Величина вязкости растворов достигает максимального значения (табл. 15)

Содержанье глюкозы £ исходных растворах, г/100 г §оды

Содержанье глюкозы £ исходных растворах, г/100 г §оды

Рис. 24. Влияние концентрации глюкозы в водных растворах на растворимость хлористого натрия: температура равновесия, ℃: 1 — 20; 2 — 30; 3 — 40.

Рис. 24. Влияние концентрации глюкозы в водных растворах на растворимость хлористого натрия: температура равновесия, ℃: 1 — 20; 2 — 30; 3 — 40.

при тех же концентрациях глюкозы, что и на кривых растворимости.

Таблица 15

Концентрация глюкозы в исходных растворах, е на 1 00 2 воды

Вязкость насыщенных растворов хлористого натрия (в спз) прн температуре, ℃

20

30

40

10

3,9

20

4,7

30

5,2

40

6,4

3：9

50

8,2

60

9,8

70

10,2

80

10,0

11,8

90

10,3

12,0

10：3

100

10,0

12,1

12,8

ПО

ю,о

12,1

13,1

120

12,0

13,0

130

12,2

13,2

140

一

12；9

В насыщенных растворах двойного соединения вязкость увеличивается с повышением температуры, а также концентрации двойного соединения. Вязкость ненасыщенных растворов увеличивается с понижением температуры.

Таким образом, образование, существование и кристаллизация двойного соединения зависит от концентрации компонентов. Установлено, что двойное соединение образуется в насыщенных растворах глюкозы при любых концентрациях NaCl и в насыщенных растворах хлористого натрия при концентрации глюкозы не ниже 10%.

Реакция образования этого соединения, как всякая химическая реакция, зависит от температуры. При низкой температуре реакция идет настолько медленно, что удается раздельное существование компонентов. При длительном встряхивании или нагревании и в этих растворах наступает равновесие.

ЛИТЕРАТУРА

Спутник химика по «Chemiker—Kalender». Т. II, Госхимтехиздат, 1932.

Шарков В. И„ Чужавина В. Н. ЖПХ. Т. XXXI. Вып. П, 1958.

Жарова Е. Я. Информационный бюллетень ЦНИИКПП. Вып. 2, М., 1958, стр. 62.

Ж а р о в а Е. Я. Исследование образования и кристаллизации двойной соли глюкозы и хлористого натрия в процессе производства кристаллической глюкозы из крахмальных гидролизатов. Диссертация на соискание ученой степени канд. техн, наук, М., 1958.

А р б а е в С. А. Политерма растворимости хлоридов натрия и калия в растворах сахарозы при 20——60 ℃ и твердые фазы. Диссертация на соискание ученой степени канд. техн, наук, Казахстан, 1955.

Л е б е д е в Н. В„ Л ю б и н Б. О., ЖПХ. Т. ХХШ, № 4, 1950, стр. 409.

Matsuura S. Bull, of the Chern. Soc. of Japan, Vol. 2, № 2, 1927, S. 11.

「лава 111

КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ ДВОЙНОГО СОЕДИНЕНИЯ ГЛЮКОЗЫ С ХЛОРИСТЫМНАТРИЕМ

О некоторых свойствах двойного соединения

Растворимость двойного соединения глюкозы с хлористым натрием увеличивается с повышением температуры [1 и 2].

В производственных условиях кристаллизация ведется из кукурузокрахмальных сиропов, представляющих водный раствор двойного соединения и некоторого количества других органических, а также минеральных веществ. Влияние посторонних веществ на процесс кристаллизации различно.

Действие их зависит от химической природы и концентрации в рабтворе.

Растворимость двойного соединения изменяется в присутствии различных органических и минеральных веществ.

一Из табл. 16 видно, что растворимость двойного соединения в водных растворах увеличивается с повышением температуры и концентрации примесей. '

Т а б л и и а 16

Темпера-

Доброкаче-

Содержание су-

Растворимость

Содержание

Коэффи-

хих веществ в

двойного соеди-

примесей,

циёнт

тура, ℃

насыщенном

нения, г на 100г

2 Са 100 г

насыще-

растворе, %

воды

воды

иня

20

100,00

54,40

119,29

1,00

82,63

63,12

141,42

28,90

1,18

72,64

66,28

142,56

53,76

1,19

69,23

68,43

150,11

66,67

1,25

66,67

69,98

155,45

77,68

1,26

30

100,00

62,90

169,55

1,00

86,32

66,09

170,12

28,42

1,003

84,50

67,00

171,58

31,45

1,01

77,18

69.38

174,78

51,79

1,03

74,31

70,50

178,53

61,39

1,04

40

100,00

66,70

200,30

1,00

88,24

70,04

206,30

27,46

1,03

83,71

71,00

206,95

30,86

1,035

79,60

72,27

207,49

49,51

1,04

77,93

73,00

210,59

59,77

1,05

Ч*ем выше концентрация примесей, тем ниже доброкачественность раствора, т. е. содержание двойного соединения в 100 частях сухих веществ раствора.

Исследования показали, что растворимость двойного соединения глюкозы и хлористого натрия увеличивается при снижении доброкачественности гидролизатов.

Хлористый натрий уменьшает растворимость двойного соединения (табл. 17), поэтому для наибольшего извлечения глюкозы из ее растворов в виде двойного соединения процесс кристаллизации следует вести из растворов насыщенных хлористым натрием [2].

Таблица 17

Температура, ℃

Растворимость двойного соединения, а на 100 г воды

Коэффициент насыщения

Коэффициент растворимости

в воде

в насыщенном растворе хлористого натрия

20

119,29

93,49

0,78

1,19

30

169,55

112,90

0,66

1,69

40

200,30

134,14

0,65

2,00

Растворимость двойного соединения в кукурузокрахмальных гидролизатах, насыщенных хлористым натрием, увеличивается с повышением температуры, но не зависит от доброкачественности растворов.

Несмотря на увеличение концентрации примесей при снижении доброкачественности этих гидролизатов, растворимость двойного соединения остается равной его растворимости в водных растворах, насыщенных хлористым натрием (табл. 18).

Таблица 18

Температура, ℃

Доброкачественность раствора, %

Содержание примесей, %

Содержание сухих веществ в насыщенном растворе, %

Растворимость двойного соедн- иеиия, а иа 100г воды

20

100,00

48,32

93,49

,72,11

15,71

56,34

93,07

64,31

21,16

59,30

93,75

64,80

28,44

63,04

93,63

30

100,00

53,03

112,92

77,69

13,23

59,26

113,00

70,65

18,05

61,50

113,10

63,64

23,40

64,05

113,09

40

100,00

57,40

134,73

88,56

6,89

60,25

134,28

78,64

13,48

63,12

134,62

74,00

16,82

64,55

134,74

Поваренная соль как бы лишает примеси их способности воздействовать тем или иным способом на растворимость двойного соединения. При кристаллизации глюкозы через ее двойное соединение для максимального извлечения глюкозы ——из гидролизатов необходимо иметь определенный избыток хлористого натрия [2, 3, и 4].

Вязкость насыщенных растворов двойного соединения. Как известно, на всех стадиях производства вязкость растворов имеет большое значение. Особенно важную роль она играет в процессе кристаллизации и центрифугирования.

При постоянной температуре вязкость насыщенных растворов двойного соединения глюкозы с хлористым натрием увеличивается с уменьшением доброкачественности (табл. 19).

При постоянной доброкачественности вязкость растет одновременно с повышением температуры, при этом увеличивается растворимость двойного соединения, а следовательно, и концентрация сухих веществ.

При тех же условиях вязкость растворов двойного соединения, одновременно насыщенных хлористым натрием, тоже возрастает, но ее величина значительно ниже (рис. 25).

Температура. ℃

Доброкачественность, %

Концентрация в насыщенном растворе, 2 на ЮС г воды

Вязкость насьпценногс? раствора, сп&；

двойного соединения

примесей

сухнх веществ

20

100,00

119,29

119,29

13,00

82,63

141,42

28,90

170,32

89,93

69,23

150,11

66,67

216,76

132,45

66,67

155,45

77,68

233,13

275,78

30

100,00

169,55

169,55

16,6

86,92

170,12

28,42

198,54

68,95

77,18

174,78

51,79

226,57

128,35

74,31

176,53

61,39

237,92

188,44

40

100,00

200,30

一

200,30

22,50

88,24

206,30

27,46

233,76

63,53

79,60

207,49

49,51

257,00

98,07

77,93

210,59

59,77

270,36

112,72

Учитывая эти свойства двойного соединения, кристаллизацию следует проводить при пониженных температурах, при которых растворимость и вязкость его насыщенных растворов уменьшаются (2].

Рис. 25. Зависимость вязкости насыщенных растворов двойного соединения от температуры и доброкачественности растворов：

/ — насыщенные растворы двойного соедннеиня： 7 — 20 ℃； 2 — 30 ℃； 3 — 40 ℃； // — одновременно насыщенных хлористым натрием: У—20 °C： 2'—30 °C； 3'—40 °C.

Кристаллизация. Двойное соединение глюкозы и хлористого натрия обладает высокой кристаллизационной способностью. Образование кристаллов в пересыщенных растворах этого соединения начинается самопроизвольно без помощи затравки. В растворах, полученных при гидролизе крахмала, этот процесс протекает быстро и легко. По ф°Рме и размерам кристаллы двойного соединения глюкозы и хлористого натрия, выделен-

ные из гидролизованного раствора кукурузного крахмала (см. рис. 20) и из чистого водного раствора (рис. 26), примерно одинаковы.

Формула для скорости кристаллизации. Для изучения процесса кристаллизации можно применить диффузионную теорию, и, скорость кристаллизации тогда может быть выражена законом Фика [5]. Однако применить формулу закона Фика для

Рис. 26. Сравнительные фотографии кристаллов, выделенных из чистото водного раствора.

определения скорости кристаллизации трудно, так как весьма сложно определить толщину слоя раствора, прилипшего к граням кристалла.

Обычно скорость кристаллизации выражается количеством выкристаллизовавшегося вещества в единицу времени на единицу поверхности кристаллов затравки. ，

Вычисление площаци поверхности кристаллов связано с определенными трудностями и часто весьма относительно. Кристаллы сахарозы довольно крупные и для них найдена зависимость между весом кристалла и его поверхностью.

Вычисления поверхности кристалла гидратной глюкозы связаны с непосредственными обмерами граней под микроскопом и лишь относительно точны.

Было предложено [6] при изучении процесса кристаллизации глюкозы относить количество выделившегося вещества из 100 г сиропа к единице веса кристаллов затравки.

Ряд особенностей двойного соединения глюкозы и хлористого натрия не позволяет использовать соответствующие методы, разработанные для глюкозы и сахарозы.

Кристаллы двойного соединения имеют сложную форму, что затрудняет измерение поверхности. Кроме того, кристаллизация проводится без введения затравки, поверхность кристаллов которой обычно учитывается при расчете скорости кристаллизации.

Поэтому за скорость кристаллизации двойного соединения принято количество вещества, кристаллизующегося из 100 а

Время кристоллизация, уВремя кристоллизация, уРис. 27. Влияние времени кристаллизации йа количество выделившегося двойного соединения：Рис. 27. Влияние времени кристаллизации йа количество выделившегося двойного соединения：/ — начальная избыточная концентрация 0,43 (а—1)=0,31; 2 — начальная избыточная концентрация 1,03 (а—1)=0,17; 3 — начальная избыточная концентрация 2,57 (а—1) = 1,91./ — начальная избыточная концентрация 0,43 (а—1)=0,31; 2 — начальная избыточная концентрация 1,03 (а—1)=0,17; 3 — начальная избыточная концентрация 2,57 (а—1) = 1,91.раствора в единицу времени [2]. Такое определение скорости кристаллизации, конечно, условно, но изучив зависимость условной скорости кристаллизации от таких факторов, как температура, избыточная концентрация, доброкачествен-

Время кристоллизация, у

Время кристоллизация, у

Рис. 27. Влияние времени кристаллизации йа количество выделившегося двойного соединения：

Рис. 27. Влияние времени кристаллизации йа количество выделившегося двойного соединения：

/ — начальная избыточная концентрация 0,43 (а—1)=0,31; 2 — начальная избыточная концентрация 1,03 (а—1)=0,17; 3 — начальная избыточная концентрация 2,57 (а—1) = 1,91.

/ — начальная избыточная концентрация 0,43 (а—1)=0,31; 2 — начальная избыточная концентрация 1,03 (а—1)=0,17; 3 — начальная избыточная концентрация 2,57 (а—1) = 1,91.

ность, вязкость насыщенных растворов, перемешивание и реакция сре-

ды, можно управлять процессом и вести его более рационально.

Кинетика кристалли-

зации. Зависимость количества выделившегося двойного со

единения от продолжительности кристаллизации и избыточной концентрации показана на рис. 27.

Кинетические кривые кристаллизации двойного сбединения глюкозы и хлористого натрия имеют форму, характерную для всех солей, кристаллизующихся в условиях убывающего пересыщения. Положение и величина максимального значения на

указанных кривых определяется при прочих равных условиях величиной пересыщения. При этом большему пересыщению соответствует и большее значение скорости кристаллизации, достигаемое за меньший промежуток времени. Максимальное значение на кинетической кривой, соответствующей кристаллизации из растворов с избыточной концентрацией двойного соединения в начале кристаллизации, равной 0,4, достигается только через 12 ч при АСн=1,03 через 6 % а для кривой с АСн = = 2,57 через 5 ч.

Затем по мере уменьшения степени пересыщения скорость кристаллизации снижается. Поскольку разность между фактической концентрацией раствора и концентрацией насыщения характеризует движущую силу кристаллизации, то по мере

уменьшения этой разности, т. е. с увеличением количества выделившегося из раствора двойного соединения, сила, а следовательно, и скорость кристаллизации уменьшаются.

Время кристаллизации сокращается с увеличением избыточной концентрации растворов двойного соединения в начале процесса. Поэтому при ДСН не ниже 1,03 можно проводить кристаллизацию в течение 8 ч. Следует оговориться, что к концу процесса при этих условиях температура раствора должна быть не выше 20 ℃.

Факторы, влияющие на скорость кристаллизации

Рис. 28. Зависимость скорости кристаллизации двойного соединения от избыточной концентрации.Рис. 28. Зависимость скорости кристаллизации двойного соединения от избыточной концентрации.Избыточная концентрация. Если исходить из того, что скорость кристаллизации двойного соединения является скоростью диффузии вещества через неподвижный слой насыщенного рас твора, которым окружен кристалл, то при медленном пере мешивании скорость кристаллизации из пересыщенных растворов должна быть прямо пропорциональна избыточной концентрации. '

Рис. 28. Зависимость скорости кристаллизации двойного соединения от избыточной концентрации.

Рис. 28. Зависимость скорости кристаллизации двойного соединения от избыточной концентрации.

В связи с этим и для двойного соединения можно ожидать подчинение 'закону конвективной диффузии и прямо пропорциональную зависимость скорости кристаллизации от избыточной концентрации.

АСн — АСкАСн — АСк2,3暄正2,3暄正Так как избыточная концентрация двойного соединения глюкозы и хлористого натрия оказывается различной в начале (ДСН) и в конце кристаллизации (ДСК), то ее среднюю величину определяют по формуле Грасгофа [5],

АСн — АСк

АСн — АСк

2,3暄正

2,3暄正

В дальнейшем под избыточной концентрацией подразумевается средняя избыточная концентрация.

Зависимость скорости кристаллизации двойного соединения от избыточной концентрации выражается кривой, выходящей из начала координат (рис. 28). При избыточной концентрации, равной нулю, скорость кристаллизации также равняется нулю.

Скорость кристаллизации двойного соединения прямо пропорциональна избыточной концентрации только до ее величины,

равной приблизительно 0,25. При дальнейшем увеличении средней избыточной концентрации рост скорости кристаллизации замедляется и на кривой намечается точка перегиба.

Отклонение зависимости от прямо пропорциональной можно объяснить возрастанием вязкости растворов двойного соединения с увеличением концентрации сухих веществ.

Можно предположить, что при определенной избыточной концентрации скорость образования двойного соединения из глюкозы и хлористого натрия не успевает за его кристаллизацией, что сказывается на росте скорости кристаллизации соединения.

Такой характер зависимости скорости кристаллизации от избыточной концентрации говорит о том, что, кроме процессов диффузии, в растворе протекают и иные процессы.

Исходя из изложенных выше положений, в производственных условиях не следует стремиться к чрезмерному увеличению избыточной концентрации двойного соединения, достаточно ограничиться средней избыточной концентрацией 0,5——0,55 г на 1 г воды, что примерно будет соответствовать начальной избыточной концентрации двойного соединения в растворе 3,8—— 4,0 г на 1 г воды. •

Избыточное пересыщение. Увеличение избыточного пересыщения растворов двойного соединения свидетельствует о росте его концентрации, а следовательно, скорость кристаллизации должна расти со степенью пересыщения.

Температура. Изучение зависимости скорости кристаллизации двойного соединения от температуры представляет большой практический интерес. Для многих веществ скорость кристаллизации увеличивается с повышением температуры, так как вязкость насыщенных растворов уменьшается, а коэффициент диффузии возрастает.

Вязкость растворов двойного соединения с повышением температуры увеличивается. Кроме того, зависимость скорости кристаллизации двойного соединения глюкозы и хлористого натрия от избыточной концентрации его в растворах не является, как уже отмечалось, прямо пропорциональной. Это ставит под сомнение основную роль диффузионных процессов при кристаллизации двойного соединения глюкозы и хлористого натрия. Но, безусловно, реакция образования двойного соединения из глюкозы и хлористого натрия имеет значение в создании концентрации пересыщения растворов этим соединением.

Следовательно, создавая благоприятные условия для реакции образования в растворе двойного соединения глюкозы и. хлористого натрия, можно влиять на процесс его кристаллизации. На рис. 29 приведена зависимость скорости кристаллизации двойного соединения от избыточного пересыщения при различных температурах. При постоянном коэффициенте пересы-

щения скорость кристаллизации двойного соединения увеличивается с ростом температуры. При этом разница между величинами скоростей кристаллизации при различных температурах растет с увеличением коэффициента пересыщения.

Однако эти величины скоростей несравнимы, так как движущей силой кристаллизации является избыточная концентрация, которая возрастает с повышением температуры в связи с увеличением растворимости двойного соединения. В интервале температур от 20 до 40℃ скорость кристаллизации двойного

Рис. 29. Зависимость скорости кристаллизации двойного соединения от избыточного пересыщения при различных температурах:^ — При 20 °C; 2 — при 30 ℃； 3 — при 40 ℃.Рис. 29. Зависимость скорости кристаллизации двойного соединения от избыточного пересыщения при различных температурах:^ — При 20 °C; 2 — при 30 ℃； 3 — при 40 ℃.ю%юдаадда*да0 нп三2nnTB6nuuDE:mdx двзмхдю%юдаадда*да0 нп三2nnTB6nuuDE:mdx двзмхд.Пыточная концентрация. г//г 切而/.Пыточная концентрация. г//г 切而/Рис. 30. Зависимость скорости кристаллизации двойного соединения от избыточной концентрации при различных температурах.Рис. 30. Зависимость скорости кристаллизации двойного соединения от избыточной концентрации при различных температурах.

Рис. 29. Зависимость скорости кристаллизации двойного соединения от избыточного пересыщения при различных температурах:

^ — При 20 °C; 2 — при 30 ℃； 3 — при 40 ℃.

Рис. 29. Зависимость скорости кристаллизации двойного соединения от избыточного пересыщения при различных температурах:

^ — При 20 °C; 2 — при 30 ℃； 3 — при 40 ℃.

ю%юдаадда*да0 нп三2nnTB6nuuDE:mdx двзмхд

ю%юдаадда*да0 нп三2nnTB6nuuDE:mdx двзмхд

.Пыточная концентрация. г//г 切而/

.Пыточная концентрация. г//г 切而/

Рис. 30. Зависимость скорости кристаллизации двойного соединения от избыточной концентрации при различных температурах.

Рис. 30. Зависимость скорости кристаллизации двойного соединения от избыточной концентрации при различных температурах.

соединения глюкозы с хлористым натрием при постоянной избыточной концентрации почти не зависит от температуры. Поэтому для трех температур значения скоростей кристаллизации двойного соединения легли на одну кривую (рис. 30).

За один й тот же отрезок времени при постоянной избыточной концентрации количество двойного соединения, кристаллизующегося из 100 г раствора, с повышением температуры уменьшается. Это можно объяснить увеличивающейся растворимостью двойного соединения с повышением температуры.

Учитывая, что скорость кристаллизации при постоянной избыточной концентрации с понижением температуры от 40 до 20℃ остается постоянной, а растворимость двойного соединения сильно уменьшается, температуру кристаллизации следует поддерживать в пределах 20℃. Такое понижение температуры будет, способствовать дополнительной кристаллизации и уменьшению потерь двойного соединения. Дальнейшее снижение температуры, хотя и уменьшает растворимость, однако экономически неоправданно, так как потребность в особой охлаждающей аппаратуре, значительно усложнит и удорожит процесс.

Постоянство скорости кристаллизации двойного соединения при одинаковой избыточной концентрации в пределах исследуемых температур можно объяснить следующим образом.

Вязкость насыщенных растворов двойного соединения с повышением температуры растет, что должно было бы тормозить криоталлизацию.

Но, как известно, с повышением температуры растет коэффициент диффузии, поэтому в интервале температур от 20 до 40℃ оба эти фактора компенсируют друг друга, и скорость кристаллизации двойного соединения глюкозы и хлористого натрия остается почти постоянной.

Доброкачественность и вязкость насыщенных растворов. В технологии кристаллизации вязкость имеет такое значение, что в зависимости от нее большей частью устанавливаются границы рабочих условий, в которых может идти процесс. Так как вязкость колеблется в широких пределах из-за различного состава примесей, для оптимального рабочего режима необходимо регулирование основных переменных величин — температуры и содержания сухих веществ.

Скорость кристаллизации зависит от температуры, степени пересыщения, величины поверхности кристаллов, а также от природы и концентрации несахаристых составных частей утфеля. Все эти факторы оказывают влияние на вязкость, которая в свою очередь определяет способность утфеля к передвижению. Таким образом, вязкость влияет в значительной степени на технологию процесса.

Процесс кристаллизации зависит от чистоты и доброкачественности кристаллизуемых растворов. Снижение доброкачест- ьенности растворов резко уменьшает скорость кристаллизации многих веществ.

Доброкачественность сиропов оказывает также большое влияние на чистоту образующегося вещества. Чем ниже доброкачественность растворов, тем большее количество примесей включается в кристаллы. Так, двойное соединение глюкозы и хлористого натрия кристаллизуется из таких растворов в виде мелких кристаллов и медленнее, чем из высоко доброкачественных.

Причиной, замедляющей кристаллизацию двойного соединения из растворов низкой доброкачественности, является вязкость насыщенных растворов, которая повышается в этих условиях [2].

Снижение доброкачественности растворов и увеличение их вязкости отрицательно влияют на реакцию образования в растворах двойного соединения из глюкозы и хлористого натрия.

Процесс роста кристаллов истощает раствор вблизи поверхности кристаллов. Это истощение раствора может достаточно хорошо происходить только в результате диффузии.

Скорость диффузии находится в обратной зависимости от вязкости жидкости в неподвижном слое. Содержание примесей в растворе может неблагоприятно воздействовать на скорость диффузии и увеличить сопротивление росту кристалла; скорость кристаллизации для данной степени пересыщения может быть значительно ниже в нечистом растворе, чем в чистом.

Примеси в растворе затрудняют продвижение молекул двойного соединения и препятствуют диффузии. Наличие примесей увеличивает также толщину слоя с низкой концентрацией, которым окружен кристалл. Некоторые авторы [7] доказали, что поверхностная активность примесей играет большую роль в этом отношении. Такое свойство позволяет примесям конкурировать с молекулами двойного соединения за пространство на поверхности растущего кристалла.

Если бы от какого-то физического процесса зависела скорость кристаллизации, то можно было бы полагать, что вещество, увеличивающее вязкость, будет служить причиной уменьшения скорости кристаллизации, и наоборот. Такой закономерности не наблюдается в случае добавления электролитов к сахарному сиропу [8] или инвертного сахара.

Так как кристалл окружен неподвижным слоем насыщенного или близкого к насыщению раствора, через который идет диффузия из пересыщенной окружающей среды, необходимо знать вязкость насыщенного, раствора двойного соединения глюкозы и хлористого натрия при температуре кристаллизации и соответствующей доброкачественности растворов (табл. 20).

Таблица 20

О

S h

§ ^ ^

° И ж

Концентрация двойного соединения, 2 на 100 г воды

3步 у：

И ® S

00

О. S ОО

н н

40

2,15

100,00

348,64

130,99

134,14

48,51

161,70

10,52

88,56

349,38

155,21

134,28

43,20

144,00

14,31

78,64

349 93

168,21

134,62

40,38

134,60

27,56

74,00

350,04

182,95

134,74

37,12

123,73

44,67

30

3,08

421,03

116,23

113,00

58,50

495,00

18r 58

421,75

155,05

113,10

51,11

170,36

29,19

421,60

208,82

113,09

40,76

135,86

48,25

30

1,53

77,69

266,41

129,30

113,21

37,41

124,70

20,39

70,65

266,50

173,23

113,14

25,44

84,80

32,56

68,64

266,91

218,87

113,17

13,08

43,60

57,59

Из табл. 20 видно, что при одинаковой избыточной концентрации и постоянной температуре с понижением доброкачественности растворов скорость кристаллизации уменьшается. Это обусловлено в основном повышением вязкости насыщенного раствора, из которого состоит малоподвижный слой, окружающий кристалл. С повышением вязкости толщина слоя увеличивается, что замедляет скорость диффузии, а следовательно, и скорость кристаллизации (рис. 31).

понижениемпонижениемРис. 31. Зависимость скорости кристаллизации от вязкости.Рис. 31. Зависимость скорости кристаллизации от вязкости.Вязкость насыщенного раствора при постоянной температуре зависит от доброкачественности."'

понижением

понижением

Рис. 31. Зависимость скорости кристаллизации от вязкости.

Рис. 31. Зависимость скорости кристаллизации от вязкости.

чественности увеличивается количество примесей, что повышает концентрацию сухих веществ в растворе, а вместе с ней и вязкость.

Следовательно, при кристаллизации растворов двойного соединения различной доброкачественности, имеющих одинаковую избыточную концентрацию, вязкость этих растворов будет тем больше, чем ниже доброкачественность кристаллизуемого раствора. При снижении доброкачественности растворов увеличивается концентрация примесей и растворенного вещества и увеличивается вязкость.

Вязкость сама по себе, по-видимо- му, не влияет на минимально достижимую доброкачественность гидрола. Ван Гук [9] показал, что искусственное увеличение вязкости таким веществом, как камедь, не изменяет истощения. Однако вязкость влияет на переработку утфелей и благодаря взаимной связи между вязкостью, содержанием сухих веществ, составом примесей и температурой существует определенное соотношение между вязкостью и доброкачественностью.

Увеличение вязкости насыщенных растворов двойного соединения глюкозы и хлористого натрия при снижении доброкачественности объясняется присутствием примесей. При постоянных физических условиях вязкость сильно зависит от природы и концентрации присутствующих несахаристых веществ. Примеси кукурузокрахмальньгх гидролизатов могут также уменьшать скорость кристаллизации, адсорбируясь на поверхности кристаллов двойного соединения и тем самым мешая их росту и уменьшая общую поверхность кристаллизации.

Принимая во внимание, что скорость кристаллизации увеличивается при прочих равных условиях с повышением доброкачественности, необходимо, чтобы технология получения сиропов предусм атр ив ал а получение этих продуктов максимальной доброкачественности.

Перемешивание. Ряд положений, касающихся влияния фактора перемешивания на скорость кристаллизации сахарозы [5], оказались применимы и для глюкозы.

В технике перемешивание часто используют как «побуждающий» фактор для появления центров кристаллизации.

При кристаллизации глюкозы и сахарозы таким побуждающим фактором является не перемешивание, а затравка, перемешивание способствует диффузии в процессе роста кристаллов.

Зарождение кристаллов двойного соединения из пересыщенных растворов идет самопроизвольно, без затравки, поэтому можно ожидать увеличения скорости кристаллизации от интенсификации перемешивания.

Приведенные в табл. 21 данные показывают, что при кристаллизации в течение 240 мин при 20 ℃ увеличение числа оборотов мешалки не оказывает заметного действия на увеличение скорости кристаллизации.

Для создания нормальных условий процесса кристаллизации вполне достаточно сообщать мешалке 0,25——0,50 оборотов в минуту.

Таблица 21

Число оборотов мешалки в минуту

Избыточная концентрация, а на 1 а воды

Количество выкристаллизовавшегося двойного соединения, а на 100г растворов

Скорость кристаллизации, мг/мин

1/10

0,69

17,64

73,50

36

0,69

18,47

76,95

75

0,69

18,39

76,62

1/10

1,53 .

36,84

153,50

36

1,53

37,83

157(66

75

1,53

38,12

158,87

Таблица 22

Реакция среды, pH

Количество выкристаллизовавшегося двойного соединения. г иа 100 г Гра створа

Скорость кристаллизации, мг/мин

Количество выкристаллизовавшегося двойного соединения, а на 100 г раствора

Скорость кристаллизации. мг/мин

АСк = 0,66

А& = 1.47

2,5

3,79

15,79

27,50

114,58

3,0

8,22

34,25

29,14

121,"

4,0

8,65

36,04

29,24

121(83

5,0

11,71

48,79

29,76

124,00

6,0

13,02

54,25

32,91

137,12

7,0

13,49

56,20

33,02

137,36

9,0

10,81

45,08

31,22

180,12

11,0

7,18

.29,91

28,89

120,37

Реакция среды. Данные о влиянии реакции среды (pH) на скорость кристаллизации двойного соединения при температуре 30 ℃ в течение 240 мин приведены в табл. 22.

Рис. 32. Зависимость скорости кристаллизации двойного соединения от pH среды.Рис. 32. Зависимость скорости кристаллизации двойного соединения от pH среды.В производственных условиях процесс кристаллизации двойного соединения должен проводиться в нейтральных растворах или при pH 6』нз、 ких к 7.

Рис. 32. Зависимость скорости кристаллизации двойного соединения от pH среды.

Рис. 32. Зависимость скорости кристаллизации двойного соединения от pH среды.

Производственные сиропы после уваривания в вакуум-аппарате следует вновь нейтрализовать двууглекислой содой до соответствующей величины pH. Характер изменения скорости кристаллизации от реакции среды (рис. 32) еще раз подтверждает предположение, что реакция образования двойного соединения (С6Н120б)2- •NaCLItO в растворе из глюкозы и хлористого натрия оказывает большое

влияние на процесс кристаллизации этого соединения [10].

Выбор способа кристаллизации двойного соединения глюкозыс хлористым натрием

Цель кристаллизации двойного соединения глюкозы с хлористым натрием двоякая. Во-первых, глюкоза из раствора должна быть переведена в кристаллическое состояние в виде кристаллов двойного соединения так, чтобы на следующей стадии производства ——центрифугировании ——получить возможно высокий выход продукта. Во-вторых, необходимо чтобы глюкоза, присутствующая в исходных продуктах, превратилась в возможно больший процент кристаллов и конечный продукт процесса кристаллизации был хорошо истощен.

В производственных условиях пересыщение в процессе кристаллизации может создаваться тремя способами.

Первый способ основан на непрерывном удалении воды из кристаллизуемых растворов и поддержании последних в состоянии определенного пересыщения. Однако одновременное выполнение обоих процессов (испарения воды и кристаллизации) чрезвычайно затрудняет контроль и регулирование варки утфеля в сахарном производстве.

Раздельное осуществление процессов испарения воды и кристаллизации сахара значительно облегчает возможность получения кристаллического сахара по непрерывному способу при полной автоматизации этих процессов [11].

Второй способ основан на охлаждении насыщенных растворов. Такой метод создания пересыщения в процессе кристал力н-

зации возможен в случае понижения растворимости кристаллизуемого вещества с понижением температуры и находит широкое применение в крахмало-паточной промышленности. Кристаллизация по этому методу идет медленно, но возможна из растворов малой доброкачественности при большем извлечении кристаллизуемого вещества.

Третий способ сочетает в себе первые два. Кристаллизация по этому методу осуществляется одновременно в результате снижения температуры кристаллизуемого раствора и частичного удаления растворителя [12].

Кристаллизация двойного соединения глюкозы с хлористым натрием при производстве глюкозы из кукурузокрахмальных гидролизатов ведется в стационарных кристаллизаторах.

Основные требования к кристаллизации утфеля заключаются в том, чтобы этот процесс проходил быстро, но без образования большого количества новых зародышей кристаллов и чтобы утфель легко разделялся на кристаллы и маточный раствор в центрифугах.

Позднее было установлено [13], что пересыщенные растворы двойного соединения глюкозы с хлористым натрием высокой доброкачественности способны кристаллизоваться одновременно с частичным удалением растворителя (воды) в процессе выпаривания.

По мнению авторов этого предложения кристаллизация в процессе выпаривания дает большую экономию времени. Известно, что нечистые заводские сиропы имеют повышенную точку кипения. На повышение точки кипения пересыщенных нечистых растворов окажут влияние состав и количество примесей.

Для сохранения точки кипения растворов в пределах 65— 70 ℃ придется увеличить вакуум.

При этом не следует забывать, что температура кипения столба жидкости увеличивается с глубиной, т. е. изменение температуры кипения с глубиной наибольшее при большем вакууме.

Например, точка кипения насыщенного сахарного раствора увеличивается на 1,2° на каясдые 0,3 м увеличения глубины при атмосферном давлении. При вакууме 508 мм рт. ст. увеличение точки кипения составляет 2° на 0,3 ж, при вакууме 635 мм рт. ст. — 5°, при 710 мм рт. сг — 10 ℃. ”

Следовательно, когда выпаривание идет при относительно высоком вакууме и среда имеет точку кипения, соответствующую глубине, положим 0,6 м ниже поверхности, то часть объема утфеля будет сильно перегрета, если она быстро поднимется к поверхности. Даже в случае постепенного приближения к поверхности может быть очень сильное мгновенное парообразование.

Хониг [14] считает, что вертикальная температурная разница утфеля сахара в вакуум-аппарате не должна превышать 2 ℃.

Скорость кристаллообразования двойного соединения глю- козы с хлористым натрием при одном и том же коэффициенте пересыщения возрастает с повышением температуры, а также с увеличением избыточного пересыщения [15].

Если проводить кристаллизацию при одновременном уваривании под вакуумом, увеличивается возможность создания благоприятных условий для образования большого числа зародышей кристаллов.

Приведенные выше исследования влияния различных физико-химических факторов на скорость кристаллизации позволили нам выбрать для кристаллизации двойного соединения глюкозы с хлористым натрием второй способ создания пересыщения [2].

Несколько позже авторы кристаллизации двойного соединения при одновременном уваривании растворов под вакуумом вынуждены были признать, что кристаллизация этого соединения при понижении температуры способствует большому извлечению глюкозы из ее растворов [13].

Таким образом, понижение конечной температуры кристаллизации и увеличение концентрации исходного сиропа способствует повышению выхода двойного соединения глюкозы с хлористым натрием при кристаллизации.

ЛИТЕРАТУРА

Лебедев Н. В., Любин Б. О.,.Хай Д. М. ЖПУ. Т. XXIII, 1950, № 7, стр. 739.

Жарова Е. Я. Информационный бюллетень ЦНИИКПП. Вып. 2. 1958, стр. 62

Teg ge G„ Kempf W. Die Starke, 1958, № 5, S. 103.

Лебедев H. В., Банникова А. А. Сб. трудов НИИГС. T. IX, 1961, стр. 81.

Силин П. M. Физико-химические основы сахарного производства. Пищепромиздат, 1941.

С а д о в ы й И. Е. ЖПХ. Т. XXVI, 1953, № 9, стр. 949.

С о a I s t a d S. Е., Intern. Sugar J” No 48, 1946, p, 219.

Amagasa, J. Chem. Soc. Japan, 1931, No 34, p. 236; 1936, No 39, p. 263.

Van H о о k A., Sugar J., 1952, No 2, p. 14.

Жарова E. Я- Новый метод получения глюкозы. ЦИНТИПище- пром, 1962.

Жвирблянский Ю. М. Кристаллизация сахара. Пищепромиз- дат, 1958.

D е Vries G. Н. Elazucar. Т. 52, 1958, № 4.

Глазкова Э. Л., Лебедев Н. В. Сб. трудов НИИГС. Т. IX, Гослесбумиздат, 1961, стр. 124.

Honig Р. Proc. Inter. Sugar Cane Technolog, 1953.

Глазкова Э. Л., Лебедев Н. В. Сб. трудов НИИГС. Т. IX, Гослесбумиздат, 1961, стр. 90, ПО.

Г л а в a I V

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЬ| ПРОЦЕССА РАЗЛОЖЕНИЯ ДВОЙНОГОСОЕДИНЕНИЯ ГЛЮКОЗЫ С ХЛОРИСТЫМ НАТРИЕМ

Отличительной особенностью двойного соединения глюкозы с хлористым натрием является его способность разлагаться в воде при определенных условиях с почти моментальным выделением кристаллов гидратной глюкозы.

Первое упоминание об этом явлении содержится в работе Энтона [1], относящейся к 1862 г. Автор описывает это явление так. Если смешать кристаллы двойного соединения с водой в соотношении 1,5: 1 при комнатной температуре и после кратковременного перемешивания оставить смесь в покое, то по истечении нескольких минут жидкая вначале смесь превращается "в такую густую массу, что сосуд можно перевернуть и содержимое не вытечет. При этом прозрачные, блестящие, тяжелые кристаллы превращаются в белую непрозрачную кристаллическую массу, содержащую в основном кристаллы виноградного сахара.

Н. В. Лебедев и Б. О. Любин [2] предложили использовать это свойство двойного соединения при производстве кристаллической глюкозы из древесины.

Очень быстрое выделение кристаллов глюкозы в процессе разложения (всего несколько минут) по сравнению с обычной кристаллизацией ее из пересыщенных растворов, продолжающейся несколько суток, заставило этих авторов отказаться от мысли, что глюкоза в процессе разложения выкристаллизовывается из пересыщенного раствора.

Первое гипотетическое представление о механизме процесса разложения было дано проф. А. С. Сипягиным [3 и 4]. Мелкий кристалл двойного соединения, помещенный в холодную воду, быстро растворяется; в раствор переходят ионы хлора и натрия, а также молекулы глюкозы. Прочность решетки кристалла двойного соединения зависит, по-видимому, в основном от хлористого натрия. Как только в раствор перейдет некоторое количество NaCl, кристалл распадается и глюкоза принудительно переходит в раствор, создавая пересыщенный раствор в отно- 彳 шении a-формы глюкозы, которая выкристаллизовывается. I

Если в воду, идущую на разложение, вводится щелочь, то j загустевания смеси не происходит в связи с тем, что щелочь i вызывает почти моментальную мутаротацию части а-формы ! глюкозы в p-форму, и тогда раствор становится ненасыщенным.:;

Ниже приводится экспериментальный материал по изуче- 』 нию свойств двойного соединения глюкозы с хлористым натрием j (СбН120б)2-NaCl• Н2О, а также тех физико-химических про- j цессов, которые протекают при растворении его кристаллов в j воде.1

На основании этих данных были разработаны оптимальные условия разложения с целью получения максимального выхода кристаллической глюкозы в этом процессе.

Интервалы превращения

Н. В. Лебедевым и Б. О. Любиным [2] было замечено, что растворение двойного соединения глюкозы с хлористым натрием при температурах 80——85 ℃ происходит без выделения глюкозы в твердую фазу. Состав жидкой и твердой фазы при этом остается таким же, как и в исходном кристаллическом веществе: хлористый натрий составляет примерно 16,25% от содержания глюкозы.

Наличие резкой температурной границы в поведении данного соединения является характерным для двойных солей вообще, изучением которых много занимался Я. Г. Вант-Гофф с сотрудниками [5 и 6] и др. Явление образования и разложения двойных солей Я- Г. Вант-Гофф ставит в один ряд с явлением плавления и замерзания, перехода одной модификации в другую. Сходство состоит в том, что выше или, соответственно, ниже определенной температуры наступает полное превращение. Для аналогии можно привести пример с серой, ромбическая форма которой при температуре выше 96 ℃ превращается в моноклиническую, в то время как при температуре ниже указанной происходит обратный процесс.

Исходя из этой аналогии, Я. Г. Вант-Гофф пришел к открытию и объяснению основных положений, которые являются руководящими при исследовании соляных равновесий. Так, были установлены такие фундаментальные понятия, как температура и интервал превращения двойных солей.

Температура, при которой двойная соль и ее компоненты могут существовать одновременно, является температурой превращения. Поскольку температура различно действует на растворимость составляющих компонентов, то при переходе через эту температуру наступают изменения. Поэтому интервал температур, при которых происходят превращения, получил название «интервал превращения». Величина интервала превращения тем больше, чем больше разность между растворимостями составляющих компонентов.

Для точного определения температуры превращения двойного соединения глюкозы с хлористым натрием был использован метод физико-химического анализа по изучению равновесного состояния системы глюкоза ——хлористый натрий ——вода в зависимости от изменения температуры [7].

Для этого определялась взаимная растворимость, в одном случае, чистой глюкозы и двойного соединения при наличии в твердой фазе глюкозы и двойного соединения, в другом чистого

хлористого натрия и двойного соединения. Взаимная растворимость была определена в интервале температур ог 0 до 95 ℃ через каждые 5 ℃, в интервале 25 и 30 ℃ определение производилось через каждый градус.

Построение химической диаграммы трехкомпонентной системы осуществлено в равнобедренном прямоугольном треугольнике (рис. 33 и 34).

приближенные изотермическиеприближенные изотермическиекривые системы глюкоза—хлористый натрий——вода.кривые системы глюкоза—хлористый натрий——вода.рах в равновесном состоянии:рах в равновесном состоянии:/ —С6Н12Об- Н2о； 2 — ДС- 3 — 28,5 °C; 4- 25 ℃; 5 — 20 ℃; 6—15 °C; 7— 10 ℃; 8 — 5 °C;5 — 0 ℃./ —С6Н12Об- Н2о； 2 — ДС- 3 — 28,5 °C; 4- 25 ℃; 5 — 20 ℃; 6—15 °C; 7— 10 ℃; 8 — 5 °C;5 — 0 ℃.

приближенные изотермические

приближенные изотермические

кривые системы глюкоза—хлористый натрий——вода.

кривые системы глюкоза—хлористый натрий——вода.

рах в равновесном состоянии:

рах в равновесном состоянии:

/ —С6Н12Об- Н2о； 2 — ДС- 3 — 28,5 °C; 4- 25 ℃; 5 — 20 ℃; 6—15 °C; 7— 10 ℃; 8 — 5 °C;

5 — 0 ℃.

/ —С6Н12Об- Н2о； 2 — ДС- 3 — 28,5 °C; 4- 25 ℃; 5 — 20 ℃; 6—15 °C; 7— 10 ℃; 8 — 5 °C;

5 — 0 ℃.

Химическая диаграмма показывает, что линия, соединяющая точку ДС (состав двойного соединения) с вершиной прямого угла (Н2О), пересекает поле пересыщенных растворов глюкозы при температуре ниже 30 ℃, т. е. в этом интервале двойное соединение растворяется с разложением на составляющие компоненты. Химическая диаграмма, представленная на рис. 33, показывает, что политерма, построенная по точке 2, характеризующей насыщенный раствор системы в отношении глюкозы и двойного соединения, пересекает линию Н2О — ДС при 28,5 ℃. Отсюда следует, что начальной температурой интервала разложения двойного соединения глюкозы с хлористым натрием является температура 28,5℃.

Из рис. 34, видно, что соединительная прямая Н2О —ДС пересекает участки изотермических кривых, отвечающих насыщенному раствору двойного соединения, в интервале температур от 28,5 до 92,5 ℃, т. е. в этом интервале двойное соединение растворяется без разложения на составляющие компоненты. При более высоких температурах линия Н2О—ДС начинает пересекать поле пересыщенных растворов хлористого натрия.

По аналогии можно ожидать, что при смешении кристаллов двойного соединения с водой при температуре выше 92,5°C происходит распад его на составные части ——хлористый натрий и глюкозу, причем определенное количество хлористого натрия переходит в твердую фазу, а глюкоза остается в растворе. Это предположение подтверждено экспериментально [8] путем растворения кристаллов соединения в кипящей воде при большом избытке твердой фазы. Результаты анализа жидкой фазы приведены в табл. 23.

Таблица 23

№ опыта

Продолжительность, мин

Состав жидкой фазы, %

сухие вещества

глюкоза

Nad

NaCl по глюкозе

1

60

85,18

74,35

10,83

14,57

2

80

88,72

77,22

11,50

14,90

Как видно из табл. 23, соотношение между глюкозой и хлористым натрием в жидкой фазе ниже 16,25, характерного для растворяемого двойного соединения (СбН^Ое)2• NaCl • НоО. Это свидетельствует о выделении части хлористого натрия в твердую фазу.

Таким образом, имеются основания считать, что соединения (С6Н12О6)2-NaCl• Н2о имеет два интервала превращения:

при температуре ниже 28,5 ℃, где растворение соединения в воде сопровождается кристаллизацией глюкозы;

при температуре выше 92,5 ℃, где растворение соединения в воде сопровождается кристаллизацией хлористого натрия.

Электропроводность и оптическая активность растворов двойного соединения-

По мнению отдельных авторов [6 и 9], разложение двойных солей вообще и в частности двойного соединения глюкозы с хлористым натрием [2] не происходит за пределами интервала превращения по той причине, что двойное соединение в этих условиях растворяется без распада на составляющие компоненты как химический индивидуум.

Вопрос о состоянии глюкозы и хлористого натрия неодно- кратно ставился в литературе. Так, решением этого вопроса занимались, например, Л. Пастер [10], Трей [11].

Двойное соединение глюкозы с хлористым натрием содержит в своем составе прямо противоположные в отношении электропроводности и оптической активности компоненты. Так, хло-

ристый натрий является сильным электролитом, глюкоза почти j не проводит электрический ток; глюкоза обладает способностью | вращать плоскость поляризованного света, хлористый натрий—— ；] оптически неактивное вещество. Это своеобразие интересно ис- 1 пользовать для решения поставленного вопроса, так как можно 1 предполагать, что растворы двойного соединения "в случае рас- | пада молекул комплекса должны обладать указанными свой- 1 ствами отдельных компонентов как с качественной, так и с ко- -1 личественной стороны.扌

Однако попытки Л. Пастера и Трея в этом направлении ； привели их к прямо противоположным результатам.

Более детальное изучение этого вопроса [12] показало, что ' даже в случае раздельного существования компонентов при ■ растворении двойного соединения в воде при температурах ] ниже 28,5 ℃ количественная сторона выдерживаемся лишь в ? очень разбавленных растворах. С увеличением концентрации | начинает сказываться влияние второго компонента.j

Известно, что при увеличении вязкости растворов умень- шается подвижность ионов. Следовательно, снижается прово-《 димость электролита. Масса глюкозы в молекуле двойного сое- ； динения примерно в 6 раз больше массы NaCl, причем глюкоз- d ные растворы обладают значительной вязкостью. Понятно, что ，： проводимость смеси этих компонентов будет меньше, чем для ； раствора хлористого натрия. Поэтому для решения поставлен- ； ного вопроса проводилось сравнение удельной электроводности : раствора двойного соединения и раствора смеси раздельно вве- f денных глюкозы и NaCl при том же разведении.

Удельная электропроводность обоих растворов с увеличением концентрации вначале возрастает, но затем, пройдя через 、 максимум, начинает уменьшаться (рис. 35). Хотя разница между электропроводностью смеси компонентов и раствора NaCl i увеличивается с повышением концентрации (кривые / н 2),: электропроводности сравниваемых растворов при всех концентрациях равны между собой. Такая картина наблюдается как при 20 °C, так и при 30,3 ℃, т. е. за пределами интервала превращения.

Изотермы молярной электропроводности (рис. 36), величина которой отражает изменения в количестве диссоциированных молекул в растворе, как видно, не являются аномальными для обеих температур. Поэтому нет оснований считать, что максимум на изотермах удельной электропроводности обусловлен об-； разованием комплексов в растворе. Появление максимума правильнее будет объяснить следующим образом: при определенной концентрации растворов влияние увеличения вязкости становится сильнее, чем влияние увеличения концентрации ионов хлористого натрия, в результате чего электропроводность раствора не повышается, а, наоборот, начинает понижаться.力

Оптические свойства растворов двойного соединения изучя' лись при трех различных температурах: 20, 35 и 46,5 ℃, две из них лежат за пределами интервала превращения. Исследо' ванию подвергались как разбавленные растворы, так и получаемые в .условиях кратковременного растворения избытка кристаллов исходного вещества в воде (фильтрат после разделения смеси). При этом определялась константа скорости мутаротации и конечное удельное вращение.

Рис. 35, Зависимость удельной электропроводности растворов двойного соединения от концентрации:7 — удельная электропроводность растворов двойной соли при 20° С; 2 — удельная электропроводность растворов двойной соли при 30,3 ℃； 3 — удельная электропроводность растворов NaCl при 20 °C; 4 — удельная электропроводность растворов NaCl прн 30,3 ℃.Рис. 35, Зависимость удельной электропроводности растворов двойного соединения от концентрации:7 — удельная электропроводность растворов двойной соли при 20° С; 2 — удельная электропроводность растворов двойной соли при 30,3 ℃； 3 — удельная электропроводность растворов NaCl при 20 °C; 4 — удельная электропроводность растворов NaCl прн 30,3 ℃.4，4厂⑷夕 49 4" 0,13Иолтая злектрвпроШнвЕть

Рис. 35, Зависимость удельной электропроводности растворов двойного соединения от концентрации:

7 — удельная электропроводность растворов двойной соли при 20° С; 2 — удельная электропроводность растворов двойной соли при 30,3 ℃； 3 — удельная электропроводность растворов NaCl при 20 °C; 4 — удельная электропроводность растворов NaCl прн 30,3 ℃.

Рис. 35, Зависимость удельной электропроводности растворов двойного соединения от концентрации:

7 — удельная электропроводность растворов двойной соли при 20° С; 2 — удельная электропроводность растворов двойной соли при 30,3 ℃； 3 — удельная электропроводность растворов NaCl при 20 °C; 4 — удельная электропроводность растворов NaCl прн 30,3 ℃.

Рис. 36. Зависимость молярной электропроводности растворов двойного соединения от концентрации:

Константа скорости мутаротации чистой полученная различными исследователями,Константа скорости мутаротации чистой полученная различными исследователями,глюкозы при 20 ℃, имеет следующиеглюкозы при 20 ℃, имеет следующиезначения：Леви [13]ЛевиМюршхаузер [14]Гудсон [15]Ралль С. Ф. [16]значения：Леви [13]ЛевиМюршхаузер [14]Гудсон [15]Ралль С. Ф. [16]Температура, ℃20,120,520,420,020,0Температура, ℃20,120,520,420,020,0Для растворов двойного соединения при скорости мутаротации равна 6,7-10~3 [12]. Эта совпадает с данными Ралля.Для растворов двойного соединения при скорости мутаротации равна 6,7-10~3 [12]. Эта совпадает с данными Ралля.6JJ0-36,4.10—37,2・10—з6,35-Ю-36,6-10-320℃ константа величина почти6JJ0-36,4.10—37,2・10—з6,35-Ю-36,6-10-320℃ константа величина почти/ — мольная электропроводность растворов двойной солн лрн 20 ℃; 2 — мольная электропроводность растворов двойной соли при 30,3 ℃.

Константа скорости мутаротации чистой полученная различными исследователями,

Константа скорости мутаротации чистой полученная различными исследователями,

глюкозы при 20 ℃, имеет следующие

глюкозы при 20 ℃, имеет следующие

значения：

Леви [13]

Леви

Мюршхаузер [14]

Гудсон [15]

Ралль С. Ф. [16]

значения：

Леви [13]

Леви

Мюршхаузер [14]

Гудсон [15]

Ралль С. Ф. [16]

Температура, ℃

20,1

20,5

20,4

20,0

20,0

Температура, ℃

20,1

20,5

20,4

20,0

20,0

Для растворов двойного соединения при скорости мутаротации равна 6,7-10~3 [12]. Эта совпадает с данными Ралля.

Для растворов двойного соединения при скорости мутаротации равна 6,7-10~3 [12]. Эта совпадает с данными Ралля.

6JJ0-3

6,4.10—3

7,2・10—з

6,35-Ю-3

6,6-10-3

20℃ константа величина почти

6JJ0-3

6,4.10—3

7,2・10—з

6,35-Ю-3

6,6-10-3

20℃ константа величина почти

Первоначальное удельное вращение раствора двойного соединения, определенное методом экстраполяции (рис. 37), равно 113°, что является характерным для а-формы d-глюкозы. Следовательно, при растворении кристалла двойного соединения в воде глюкоза находится в а-форме.

Рис. 37. Зависимость удельного вращения свежеприготовленного раствора двойного соединения от времени при 20 ℃.Рис. 37. Зависимость удельного вращения свежеприготовленного раствора двойного соединения от времени при 20 ℃.Конечное удельное вращение [а] — раствора двойного соединения равно 52,9°, что также соответствует удельному вращению равновесной смеси а и р- форм d-глюкозы.

Рис. 37. Зависимость удельного вращения свежеприготовленного раствора двойного соединения от времени при 20 ℃.

Рис. 37. Зависимость удельного вращения свежеприготовленного раствора двойного соединения от времени при 20 ℃.

То же самое наблюдается в разбавленных растворах двойного соединения и при более высоких температурах (табл. 24). Все это свидетельствует о раздельном существовании глюкозы и хлористого натрия в растворах двойного соединения.

В жидкой фазе после разделения смеси (графы 4, 6, 8 в табл. 24) конечное удельное вращение остается по-прежнему характерным для глюкозы, если учесть, что [а] для глюкозы зависит в некоторой степени от концентрации ее (удель

ное вращение указано в скобках, пункт 5).

Однако константа скорости мутаротации в таких растворах при всех температурах меньше, чем в растворах глюкозы. Чтобы легче проследить за изменением Км таких растворов с изменением температуры, подсчитана величина (см. пункт 4, табл. 24), представляющая собой процентное изменение константы скорости мутаротации, вызываемое увеличением концентрации раствора двойного соединения, т. е.

А =-100,

Кр

где Кк н Кр — константы скорости мутаротации в концентрированном и разбавленном растворе двойного соединения.

Как видно из табл. 24, изменение величины А не связано с изменением температуры. Поскольку при 20 ℃ происходит разложение двойного соединения с кристаллизацией глюкозы, а, следовательно, глюкоза в растворе находится в свободном состоянии, то имеются основания считать, что и при более высоких температурах она находится в таком же состоянии.

Причиной замедления скорости мутаротации в более концентрированных растворах двойного соединения является, очевидно, содержание большого количества хлористого натрия, 124

20 ℃

35,3 >С

46,5

℃

1

Наименование

S й s

g 2

1

2

3

4

5

6

7

8

1

Состав раствора двойно-

го соединения

10,3 +

7,7+

а) содержание глю-

'44,35

50,80

козы, г/100 мл воды

9,46

29,3

+ 16,3

+ 19,8

б) нормальность в отношении NaCl .

0,25

2,7 (15,8%)

(0,26—

2,45 (14,3%)

(0,21-

2,9 (16,9%)

0,44)

0,53)

2

Константа скорости му-

таротации растворов двойного соединения (Кср-Ю-3) . . - . F

6,7

4,6

26,3

19,3

69,1

44,2

3

Константа скорости му-

таротации глюкозных растворов (К」。—з).

6,6

4,7*

26,1

一

70,2**

—

4

Процент изменения К

мутаротации в фильт-

рате от разложения по отношению к Км в

разбавленном раство- Ре (А)

—

31,4

26,6

36,0

5

Конечная удельная вра-

щательная способность

растворов двойного соединения (&)..・・

52,9

53,6

53,06

53,14

54,30

(53,49)

(о4,63)

* Константа скорости мутаротации глюкозы в растворе хлористого натрня 2,7 н. 8%), по данным Мюртхаузера [ 34 ].

** Константа скорости мутаротации глюкозы при 46,5 ℃, по данным Ладур Т. А. [12].

Изучением влияния хлористого натрия на скорость мутаротации глюкозы занимались многие исследователи. Большинство из них [14, 18 и 19] отметило, что при концентрации %。моль!л и меньше хлористый натрий не оказывает никакого влияния на скорость мутаротации глюкозы. При концентрации % моль)л действие соли сомнительно. Но при концентрации 1 моль/л и выше NaCl действует замедляюще и тем интенсивнее, чем выше концентрация соли. Концентрация глюкозы во всех этих опытах была одинакова и составляла 5 г/100 мл раствора. Так, в присутствии 4,5 моль/л хлористого натрия константа скорости мутаротации глюкозы при 20 ℃ уменьшается вдвое. Конечное

удельное вращение во всех этих опытах оставалось характерным для глюкозы и равнялось 52,8°.

Если сопоставить нормальность концентрированных растворов двойного соединения в отношении NaCl с изменением Мм (А), то наблюдается прямая связь между этими величинами: чем больше NaCl в растворе, тем больше А.

Идентичность оптических и электрических свойств раство- ров двойного соединения и растворов компонентов, его состав- -ляющих, свидетельствует о том, что процесс растворения кристаллов соединения происходит одинаково как при температурах, находящихся в пределах интервала разложения, так и за его пределами, а именно: с распадом на глюкозу и хлористый натрий.

Температурные изменения в процессе разложения

Представляло интерес исследовать температурные ния, наблюдающиеся при разложении

измене-измене-воде. В качестве калориметраводе. В качестве калориметраРис. 38. Температурные изменения в процессе разложения двойной соли：/ — при 6 ℃; 2 — при 20 ℃; 3 и 4—в холостом опыте при 5 и 19 ℃.Рис. 38. Температурные изменения в процессе разложения двойной соли：/ — при 6 ℃; 2 — при 20 ℃; 3 и 4—в холостом опыте при 5 и 19 ℃.для этой Дьюара, изведен Кривые

измене-

измене-

воде. В качестве калориметра

воде. В качестве калориметра

Рис. 38. Температурные изменения в процессе разложения двойной соли：

/ — при 6 ℃; 2 — при 20 ℃; 3 и 4—в холостом опыте при 5 и 19 ℃.

Рис. 38. Температурные изменения в процессе разложения двойной соли：

/ — при 6 ℃; 2 — при 20 ℃; 3 и 4—в холостом опыте при 5 и 19 ℃.

данного соединения в цели был избран сосуд в котором был воспро- процесс разложения, температурных измене-данного соединения в цели был избран сосуд в котором был воспро- процесс разложения, температурных измене-ний были получены при началь* ных температурах 6 и 20 ℃ [12J. На рис. 38 видно, что кривые температурных изменений в процессе разложения как при 6℃, так и при 20 ℃ имеют совершенно одинаковый характер (кривые / и 2). При этом начальный период процесса (за начало опы-

данного соединения в цели был избран сосуд в котором был воспро- процесс разложения, температурных измене-

данного соединения в цели был избран сосуд в котором был воспро- процесс разложения, температурных измене-

та принят момент соприкосновения кристаллов с водой) характеризуется эндотермическим ходом кривой, который отражает

процесс растворения кристаллов исходного вещества, сопровождающийся поглощением тепла. По истечении примерно 0,5—1 мин (в зависимости от начальной температуры опыта) кривая приобретает резко экзотермический характер： в течение 2——3 мин температура смеси поднимается более чем на 6℃. Эта часть кривой отображает процесс кристаллизации глюкозы, который, как известно, сопровождается выделением тепла.

Далее наблюдается очень медленное изменение температу- Pbi, почти такое же, как в холостом опыте (кривые 3 н 4) при ■соответствующей температуре. Очевидно, эта часть кривой обусловлена теплообменом калориметрической системы с окру-

жающей средой (температура окружающего воздуха составляла 24 ℃).

Изучение температурных изменений показало, что начальной стадией процесса разложения является растворение кристаллов соединения. Затем следует кристаллизация глюкозы из раствора. Основная масса глюкозы выкристаллизовывается: очень быстро. Однако при снижении температуры продолжительность кристаллизации несколько удлиняется.

О растворимости двойного соединения

Насыщенные растворы

я. Г. Вант-Гоффом отмечалось [5], что двойные соли интересны не только способностью разлагаться в определенном температурном интервале, но и поведением их насыщенных растворов.

Растворимость двойного 含 соединения глюкозы с хло-令 ристым натрием определена J в интервале температур от 返 5 до 80 ℃ {12 и 20].N

При определении раство- g римости насыщенные рас- | творы приготовляли как пу- § тем изотермического рас-宝 творения кристаллов соеди- 目 нения в воде, так и путем?

кристаллизации избытка двойного соединения из пе- рис. 39. Кривая растворимости соеди- ресыщенных растворов. Пе- нения глюкозы с хлористым натрием, ресыщенные растворы получали растворением кристаллов исходного вещества в воде при температуре около 40℃, затем помещали в термостат с максимальным колебанием температуры воды в пределах ±0,1°.

Результаты по определению растворимости приведены в- табл. 25 и изображены графически на рис. 39.

Из табл. 25 видно, что величина растворимости не зависит от способа приготовления насыщенного раствора лишь при температурах выше 30 ℃. При этом состав насыщенного раствора совпадает с составом исходного вещества (хлористый натрий, по отношению к глюкозе составляет примерно 16,25% —послед-, няя графа). При температурах ниже 30°C величина растворимости зависит от способа приготовления. При изотермическом растворении насыщенный раствор имеет несовпадающий состав, причем с понижением температуры количество хлористого

Состав насыщенного раствора, полученного растворением избытка двойного соединения

Состав насыщенного раствора, полученного кристаллизацией избытка двойного соединения из пересыщенного раствора

法

0J復

計

0當》

о о е

М U J

亲

1«

5

26,8 *

12,7

39,5

65,3

47,4

46,03

7,52

53,27

114,0

16,34

10

29,6 东

12,5

42,1

72,8

42,2

46,1 *

7,51

53,61

115,0

16,29

15

35,8 *

11,8

47,6

91,0

33,0

47,49*

7,75

55,24

123,4

16,30

19,2

44,63*

9,57

54,2

118,4

21,5

48,8

7,93

56,94

132,2

16,25

25

48,87

8,92

57,98

138,0

18,3

50,44

8,34

58,78

142,6

16,54

30

51,79

8,49

60,58

153,4

16,4

52,11

8,54

60,65

154,13

16,39

40

55,59

9,03

64,40

180,9

16,30

55,43

9,01

64,48

181,5

16,26

50

58,17

9,39

67,56

205,6

16,14

一

一

—

60

60,60

9,79

70,53

238,1

16,15

—

—

—

70

62,98

10,29

73,27

274,4

16,34

—

80

65,01

10,66

75,67

310,5

16,40

—

—

—

* Данные по растворимости двойного соединения получены Н. В. Лебедевым и А. А. Банниковой [20].

натрия по отношению к глюкозе увеличивается (графа 6, справа), что свидетельствует о выделении глюкозы в твердую фазу. Растворение двойного соединения с разложением при 18,7 ℃ было получено даже при очень длительном контакте двойного соединения с водой в течение 35 суток. Совпадающий состав наблюдается только в случае приготовления насыщенного раствора путем кристаллизации. Благодаря именно этой особенности удается получать данное вещество в кристаллическом виде при температурах ниже 30 ℃.

Кривая растворимости, построенная по данным насыщенных растворов, приготовленных кристаллизацией из пересыщенных растворов (см. рис. 39), имеет плавный характер на всем протяжении. Если кривую растворимости построить по данным, полученным путем изотермического растворения, то при температуре около 30 ℃ (очевидно при 28,5 ℃) намечается изгиб, свидетельствующий о разложении двойного соединения.

Обычно причиной такой особенности у двойных солей является большая их растворимость по сравнению с растворимостью составляющих ее солей. В связи с этим представляет интерес сравнить растворимость данного соединения с растворимостью составляющих его компонентов. На диаграмме (рис. 40) изображены кривые растворимости чистой глюкозы и хлористого натрия, а также кривые содержания глюкозы и 128

NaCl в насыщенных растворах двойного соединения. Концент-

рация глюкозы и хлористого натрия во всех случаях выражена в г на 100 мл воды. Из диаграммы видно, что растворимость компонентов имеет резко различный характер. В то время, как

растворимость глюкозы сильно увеличивается с повышением

температуры, растворимость хлористого натрия почти не зависит от температуры. По температурной зависимости кривая

растворимости двойного соединения (см. рис. 39) больше напоминает глюкозу, чем хлористый натрий.

Кривая растворимости чистой глюкозы пересекается с кривой содержания глюкозы в насыщенном растворе двойного соединения при температуре примерно 38 ℃. Это означает, что при температурах ниже 38 ℃ глюкозы в виде двойного со-

Температура, ℃Температура, ℃Рис. 40. Диаграмма растворимости:Рис. 40. Диаграмма растворимости:/ — растворимость глюкозы； 2 — содержание глюкозы в насыщенном растворе ДС; 3 — растворимость NaCl; 4 — содержание NaCl в насыщенном растворе ДС./ — растворимость глюкозы； 2 — содержание глюкозы в насыщенном растворе ДС; 3 — растворимость NaCl; 4 — содержание NaCl в насыщенном растворе ДС.единения растворяется больше, чем в чистом виде; хлористого натрия, наоборот, при температурах выше 68℃ раство-

Температура, ℃

Температура, ℃

Рис. 40. Диаграмма растворимости:

Рис. 40. Диаграмма растворимости:

/ — растворимость глюкозы； 2 — содержание глюкозы в насыщенном растворе ДС; 3 — растворимость NaCl; 4 — содержание NaCl в насыщенном растворе ДС.

/ — растворимость глюкозы； 2 — содержание глюкозы в насыщенном растворе ДС; 3 — растворимость NaCl; 4 — содержание NaCl в насыщенном растворе ДС.

ряется больше в виде двойного соединения, чем в чистом виде. Таким образом, было подтверждено, что причиной выделе

ния кристаллов глюкозы или хлористого натрия при растворении двойного соединения в воде в определенных интервалах температур является большая его растворимость. Однако растворение без разложения в интервале 28,5 — 38 ℃, когда растворимость двойного соединения больше растворимости чистой глюкозы, свидетельствует о наличии другой особенности этого

соединения.

Кратковременное растворение двойного соединения в воде

При растворении двойного соединения в воде в течение коротких промежутков времени (10—24 мин) при температуре 30 ℃ и выше выделение глюкозы в твердую фазу наблюдается именно до 38—39 ℃ (табл. 26). При более высоких температурах растворение происходит без выделения кристаллов глюкозы. Об этом свидетельствует состав жидкой фазы: количество NaCl но отношению к глюкозе равно 16,5%, что характерно для состава исходного двойного соединения.

1291295 Е. я. Жарова н др.

129

129

Т а 6 л н ц а 26,

Температура опыта/°C

Продолжительность растворения, мин

Состав жидкой фазы после разделения, %

глюкоза

Nad

количество Nad по отношению к глюкозе

30,0 :

10

37,40

9,97

26,60

33,0

10

39,79

9,69

24,36,

37,5

19

46,77

8,33

17,86

37,5

20

46,82

8,30

17,70

38,3

20

48,41

8,16

16,86

38,7

24

48,90

8,П

16,59

40,8

24

49,02

8,06

16,44

40,1

20

48,68

8,04

16,52

40,7

24

50,17

8,26

16,47

Таким образом, в интервале температур 28,5—38 ℃ двойное соединение в начальный период растворения обнаруживает ин- конгруентное растворение, которое, приближаясь к состоянию- равновесия, переходит в конгруентное. Интервал температур от 28,5 до 38 ℃ является как бы переходным. Такая особенность в поведении является характерной лишь для данного соединения и обусловлена его своеобразием, которое заключается в том, что один из составляющих компонентов (глюкоза) имеет два стереоизомера (а- и p-формы), обладающих различной растворимостью [21]. Несмотря на некоторую противоречивость, приведенные данные по растворимости дают представление о том, что наименее растворимой формой глюкозы является а-фбрма.*

Выше было сказано, что при растворении двойного соединения в воде глюкоза попадает в раствор в виде наименее раст-； воримой a-формы, которая тотчас же мутаротирует в более растворимую p-форму. В связи с этим - межкристальная жидкость начинает удаляться от состояния насыщения, которое на- ■ ступает при выделении глюкозы в твердую фазу, т. е. она становится ненасыщенным раствором: Поэтому первоначально выкристаллизовавшаяся глюкоза снова переходит в раствор.

Соотношение между растворимостью двойного соединения и глюкозы в интервале температур 28,5—38 ℃ таково, что выкристаллизовавшаяся в начальный момент глюкоза с течением времени в результате мутаротации полностью переходит в : раствор.

Поскольку в насыщенном растворе глюкоза содержится в количестве, превышающем ее растворимость, то можно считать,, что наряду с растворением кристаллов соединения в растворе : протекает в качестве вторичного процесса — процесс образования молекул соединения из отдельных компонентов.；

При температуре ниже 28,5 СС соотношение между раство- J

римостью соединения и глюкозы иное: глюкоза не переходит полностью в раствор. При этом чем ниже температура разложения, тем больше глюкозы остается в твердой фазе. Отсюда следует, что содержание сухих веществ в насыщенных растворах двойного соединения, полученных путем изотермического растворения при температурах ниже 28,5 ℃, не отражает собой количество растворившегося соединения. Кроме того, видно, что процесс растворения данного двойного соединения не есть простой переход вещества из одного агрегатного состояния в другое. Это сложный комплекс физических и химических процессов. ,

Влияние глюкозы и хлористого натрия на растворимостьдвойного соединения в процессе разложения

Чтобы больше получить кристаллов глюкозы в процессе разложения в данном объеме воды, следует растворить как можно больше кристаллов исходного вещества. При этом первые порции кристаллов приходят в соприкосновение с водой, последующие порции растворяются уже не в воде, а в растворе, содержащем определенное количество хлористого натрия и глюкозы. Количество этих веществ в растворе по мере хода процесса нарастает и, несомненно, оказывает свое влияние на дальнейшее разложение соединения.

Опыты по кратковременному растворению двойного соединения в растворах хлористого натрия и глюкозы различной концентрации позволяют обнаружить ряд интересных свойств (табл. 27).

Таблица 27

Исходный раствор

Состав жидкой фазы, %

Состав твердой фазы, %

компонент

концентрация, %

количество NaCl по отношению к глюкозе

Вода

28,21

12,62

86,61

7,50

8,66

Хлористый натрий .

7,42

33,42

10,59

86,8

13,52

15,58

》》.

13,64

26,44

13,70

85,97

14,04

16,33

»》.

17,86

22,87

16,52

82,93

13,30

16,04

》》.

24,28

16,58

21,59

82,85

13,57

16,41

Насыщенный

16,22

22,42

80,28

15,66

19,50

Глюкоза

5,11

28,08

12,61

82,0

7,36

8,98

》

19,01

28,75

12,58

85,15

8,47

9,95

27,46

31,20

12,10

82,4

8,55

10,40

34,64

35,36

11,38

80,15

8,43

10,52

》

Насыщенный

50,91

8,12

79,57

8,92

11,22

раствор

Растворимость двойного соединения при разложении его в воде уменьшается в основном при наличии хлористого натрия. В 7,5%-ном растворе NaCl растворяется еще достаточное количество соединения, в результате чего выкристаллизовывается некоторое количество глюкозы. Об этом св и детел ьству ет соотношение между глюкозой и NaCl в твердой фазе.

При более высоких концентрациях NaCl кристаллизации глюкозы уже не наблюдается вследствие малой растворимости соединения： глюкозы в растворе недостаточно даже для насыщения воды.

Растворение в насыщенном растворе NaCl сопровождается кристаллизацией хлористого натрия.

Последнее явление аналогично тому, когда прибавление кон* центрированной соляной кислоты к насыщенному раствору хлористого натрия вызывает образование обильного осадка NaCL Известно, что кристаллизация NaCl в этом случае обусловлена уменьшением растворимости электролита от введения в раствор одноименных ионов. Следовательно, можно полагать, что при добавлении в насыщенный раствор хлористого натрия кристаллов соединения (СбН^Об)2• NaCl • Н2О также вводятся одноименные ионы Na' и С% в результате чего происходит кристаллизация хлористого натрия. Это обстоятельство дает основание предположить, что кристаллическая решетка данного соединения имеет ионно-молекулярную структуру: ионы натрия и хлора и молекулы глюкозы. Растворение таких кристаллов связано с распадом на ионы натрия и хлора и молекулы глюкозы.

Растворимость двойного соединения резко снижается не только тогда, когда раствор содержит хлористый натрий, но и. тогда, когда сами кристаллы соединения содержат избыточный хлористый натрий в качестве примеси [7 и 23].

Растворение двойного соединения в глюкозных растворах вплоть до концентрации насыщения сопровождается кристаллизацией глюкозы. При этом количество растворившегося соединения при всех концентрациях глюкозы, за исключением насыщенного раствора, оказалось примерно одинаковым.

Таким образом, только хлористый натрий уменьшает количество растворяемого соединения; глюкоза почти не оказывает влияния. Это свойство, очевидно, обусловлено тем, что при растворении кристаллов соединения первоначально в воду переходят ионы натрия и хлора, а затем молекулы глюкозы. Однако мнение [4 и 24] о том, что при растворении кристалла данного вещества в воде вначале в раствор переходят только ионы хлористого натрия, в результате чего кристаллическая решетка разрушается и только после этого глюкоза принудительно попадает в раствор, противоречит общим представлениям о процессе растворения.

По гидратной теории ионизации И. А. Каблукова [25] раство* рение кристаллов большинства солей, образованных свободными ионами, связано с первоначальным переходом в раствор за счет гидратации отдельных анионитов и катионитов, но обязательно в эквивалентных соотношениях. Следовательно, при растворении кристалла соединения наряду с переходом ионов натрия и хлора в раствор переходят и молекулы а-глюкозы в эквивалентных соотношениях. Образование же пересыщенного в отношении а-глюкозы раствора обусловлено растворимостью данного соединения, что является особенностью двойных солей вообще. Чем выше концентрация исходного глюкозного раствора, тем больше глюкозы выделяется в твердую фазу при разложении двойного соединения.

Увеличение выхода в данном случае можно объяснить следующим образом. При разложении в чистой воде часть глюкозы растворяющегося двойного соединения расходуется на насыщение этой воды. При разложении в глюкозных растворах, когда вода частично или полностью насыщена в отношении а-глюкозы, удается получить большую избыточную концентрацию, а следовательно, больший выход кристаллической глюкозы.

Г л а в а V

ОПТИМАЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССА РАЗЛОЖЕНИЯ

Получив представление о физико-химических процессах, происходящих при водной обработке двойного соединения глюкозы с хлористым натрием, можно сказать, что величина выхода кристаллической глюкозы в этом процессе зависит от следующих факторов:」

продолжительности;

режима перемешивания;

реакции среды;

температуры;

количества воды.((

Рассмотрим влияние каждого фактора в отдельности.

Продолжительность

Продолжительность процесса должна быть достаточной, чтобы глюкоза, находящаяся в растворе сверх насыщения, успевала выкристаллизовываться. С другой стороны, этот процесс надо проводить быстро, иначе выкристаллизовавшаяся глюкоза с течением времени начинает снова растворяться. Отсюда следует, что для извлечения большего количества кристаллов глюкозы оптимальной продолжительности процесса должно соответство-

I1I1

I1

I1

вать наименьшее содержание глюкозы в межкристальной жидкости.

Проведенная серия опытов по разложению кристаллов сое- динения в совершенно одинаковых условиях, за исключением того, что разделение смеси после разложения проводилось через различные промежутки времени (рис. 41 и 42), показала,

Продолжительность разложения, минПродолжительность разложения, минРис. 41. Влияние продолжительности разложения двойной соли в воде при 20 °C на состав жидкой фазы: /—глюкоза; 2 —NaCl.Рис. 41. Влияние продолжительности разложения двойной соли в воде при 20 °C на состав жидкой фазы: /—глюкоза; 2 —NaCl.

Продолжительность разложения, мин

Продолжительность разложения, мин

Рис. 41. Влияние продолжительности разложения двойной соли в воде при 20 °C на состав жидкой фазы: /—глюкоза; 2 —NaCl.

Рис. 41. Влияние продолжительности разложения двойной соли в воде при 20 °C на состав жидкой фазы: /—глюкоза; 2 —NaCl.

что кристаллизация основной массы глюкозы в процессе разложения вообще происходит очень быстро. Кроме того, оптимальная продолжительность разложения зависит от температуры. Так, наименьшее содержание глюкозы в растворе в опытах, про-

-QQOg ;s/2 qoE 豆 OU吾：mdEH堂s-QQOg ;s/2 qoE 豆 OU吾：mdEH堂s^ W ^ м^ W ^ м& 20 25 30 35 旬 45 50 55 60 65 70Продолшительность разложения, мин& 20 25 30 35 旬 45 50 55 60 65 70Продолшительность разложения, мин•勿婚•勿婚

-QQOg ;s/2 qoE 豆 OU吾：mdEH堂s

-QQOg ;s/2 qoE 豆 OU吾：mdEH堂s

^ W ^ м

^ W ^ м

& 20 25 30 35 旬 45 50 55 60 65 70

Продолшительность разложения, мин

& 20 25 30 35 旬 45 50 55 60 65 70

Продолшительность разложения, мин

•勿婚

•勿婚

Рис. 42. Влияние продолжительности разложения двой-ной соли в воде при 5℃ иа состав жидкой фазы:

/ — глюкоза； 2 — NaCl «

веденных при температуре исходных веществ 20 ℃, обнаруживается уже по истечении 10 мин, при 5 ℃ ——по истечении 20 мин.

При увеличении продолжительности разложения, особенно при 20 ℃, содержание глюкозы в межкристальной жидкости начинает нарастать. Содержание хлористого натрия при этом остается почти постоянным. Это свидетельствует о растворении кристаллов глюкозы, что нежелательно.

При температуре исходных веществ 5℃ растворение выкристаллизовавшейся глюкозы происходит медленнее, поэтому процесс разложения может длиться 20——30 мин после начала растворения кристаллов соединения.

Необыкновенно быстрая кристаллизация глюкозы в процессе разложения двойного соединения обусловлена высоким коэффициентом пересыщения в отношении a-формы, а именно: 3,84 при 5 ℃ и 2,5 при 20 ℃, в то время как в условиях прямой кристаллизации глюкозы коэффициент пересыщения равен 1,14—1,15.

Кроме того, в условиях разложения глюкоза выкристаллизовывается из раствора, доброкачественность которого находится на уровне почти 100%, если не считать наличия хлористого натрия. В связи с этим вязкость межкристальной жидкости в этом процессе примерно в 45 раз ниже, чем по методу прямой кристаллизации глюкозы.

Установленные промежутки времени хорошо согласуются с данными, полученными на основании исследования кривых температурных изменений при указанных начальных температурах (см. рис. 37). '

Влияние pH среды

Попадающая в раствор в процессе разложения а-глюкоза тотчас начинает мутаротировать в свой стереоизомер р-глюко- зу, обладающую большей растворимостью, чем а-глюкозй. Поэтому появление ее в растворе будет отрицательно сказываться на извлечении кристаллов глюкозы в процессе разложения.

Величина константы скорости мутаротации глюкозы в значительной мере зависит от pH среды. В интервале pH 2,6 + 4,8 скорость минимальная и одинаковая [26]. При значениях pH ниже и выше указанного интервала наблюдается резкое увеличение скорости.

Серия опытов по разложению двойного соединения в воде с изменяющейся в интервале от 1,4 до 13 величиной pH [12] пока- зала, что наименьшее и одинаковое содержание глюкозы в межкристальной жидкости при оптимальной продолжительности процесса наблюдается в интервале pH от 3 до 7 (рис. 43). В более кислых, а также щелочных средах, создаваемых путем добавления в воду соответственно серной кислоты, буры и едкого натра, содержание глюкозы в межкристальной жидкости увеличивается, а следовательно, уменьшается выход кристаллов глюкозы.

Как видно, зона pH с минимальной скоростью мутаротации глюкозы в условиях разложения двойного соединения удлиняется по сравнению с чистыми глюкозными растворами. К тому же, за пределами этой зоны содержание глюкозы увеличивается

не так: резко. Это объясняется наличием большого количества хлористого натрия, который задерживает процесс мутаротации глюкозы в условиях разложения.

Рис. 43. Изменение содержания глюкозы в жидкой фазе при разложении двойного соединения ог pH среды.

Таким образом, наибольший выход глюкозы при разложении двойного соединения будет наблюдаться в том случае, если величина pH воды находится в пределах 3—7. В производственных условиях этот процесс целесообразнее проводить в чистой воде, если она не имеет щелочной реакции.

Перемешивание

В процессе разложения, как уже отмечалось, наблюдается следующий факт. Если перемешивание смеси производить только в течение первой минут% а затем ее оставить в покое, то через 1,5—2 мин наступает такое загустевание, что утфель остается неподвижным даже при опрокидывании сосуда. Если же перемешивать в течение всего процесса, то такого загустевания не наступает вовсе, т. е. утфель остается подвижным. Это обстоятельство может привести к .мнению о нецелесообразности перемешивания в течение всего процесса.

Однако опыты по разложению двойного соединения (табл. 28) в совершенно одинаковых условиях за исключением того,

Таблица 28

Номер опыта

Температура, ℃

Продолжительность перемешивания. мин

Общая продолжительность процесса, мин

Состав жидкой фазы, %

глюкоза

NaCl

1

20

2

10

27,77

12,75

2

20

10

10

27,38

12,78

3

15

3

15

23,48

11,27

4

15

15

15

23,53

11,29

5

5

3

25

20,65

13,67

6

5

25

25

20,77

13,52

что в одном случае перемешивание смеси производилось в течение всего процесса разложения, а в другом — лишь в течение первых 2—3 мин, не подтверждают это мнение.

Содержание глюкозы в межкристальной жидкости не зависит от того, происходит ли перемешивание утфеля во второй стадии процесса разложения или нет. Однако режим перемешивания оказывает влияние на размер кристаллов глюкозы (см. стр. 140).

Количество воды на разложение и температура

Выход глюкозы в процессе разложения зависит от соотношения растворимости двойного соединения и растворимости глюкозы. Для получения возможно большего выхода кристаллической глюкозы в данном объеме воды необходимо растворить как можно большее количество .двойного соединения. Для этого разложение следует проводить в небольшом количестве воды. Однако для получения в результате разложения кристаллов глюкозы, почти не содержащих хлористый натрий в качестве примеси, исходная навеска кристаллов соединения должна быть полностью растворена в течение времени, -соответствующего оптимальной продолжительности процесса разложения. Иначе твердая фаза после разложения будет содержать нерастворен- ные кристаллы двойного соединения, которые трудно будет растворить полностью в процессе промывки глюкозы при центрифугировании. Глюкоза будет соленой.

Для выявления оптимального весового соотношения был использован широко известный в физической химии метод Шрей- немакерса [6]. Обычно этот способ применяется для равновесных систем, но его можно применять и для неравновесных систем [27]. В данном случае речь идет о неравновесных системах, так как процесс разложения следует проводить в „течение коротких промежутков времени.

Опыты по разложению были поставлены с различным количеством воды от 54,5 до 94,5% по весу сухих веществ соединения при температурах 5 и 20 ℃. Растворение навески проводилось в течение времени, соответствующего оптимуму продолжительности. После разделения смеси были получены насыщенные в отношении а-глюкозы растворы, находящиеся в соприкосновении с твердой фазой, которая в зависимости от количества во ды может содержать кристаллы глюкозы или кристаллы с при* месью нерастворившихся кристаллов двойного соединения. Состав жидкой и твердой фазы из каждого опыта наносился на триангулярную диаграмму глюкоза ——хлористый натрий ——вода (рис. 44). Таким образом, для каждого опыта был получен отрезок прямой, соединяющий состав жидкости й твердой фазы. ■

Поскольку, в процессе разложения в соприкосновении с одной и той же твердой фазой может находиться раствор только одного состава, характерного для данного промежутка времени (Н, кроме того, известно, кристаллы каких веществ могут находиться в этой твердой фазе), то для определения состава в данном случае было достаточно найти прямую, на которой находится фигуративная.! точка кристаллов.

Из диаграммы видно, если разложение проводить с количеством воды, большим чем 74,5%, то полученные прямые как при 20 °C, так и при 5℃ проходят через точку Г, характеризующую состав гидратной глюкозы(СбН^Об" Н2О).

Это означает, что полученная твердая фаза содержит только кристаллы глюкозы. При меньших количествах воды фигуративные точки полученных кристаллов ле-

Рис. 44. Изменение состава твердой фазы при разложении двойного соединения от количества воды при 5 и 20 ℃.Рис. 44. Изменение состава твердой фазы при разложении двойного соединения от количества воды при 5 и 20 ℃.жат на щихсяжат на щихсяпрямых, пересекаю- с линией Г—ДС.

Рис. 44. Изменение состава твердой фазы при разложении двойного соединения от количества воды при 5 и 20 ℃.

Рис. 44. Изменение состава твердой фазы при разложении двойного соединения от количества воды при 5 и 20 ℃.

жат на щихся

жат на щихся

Точка ДС хар актеризуетТочка ДС хар актеризуетсоставсостависходного соедине-исходного соедине-НИЯ глюкозы с хлористым натрием (СбН120б)2^аС1- ♦ Н2О.

Точка ДС хар актеризует

Точка ДС хар актеризует

состав

состав

исходного соедине-

исходного соедине-

Следовательно, в таких условиях твердая фаза содержит наряду с кристалла-

ми глюкозы нерастворившиеся кристаллы двойного соединения. Таким образом, оптимальное количество воды в процессе разложения должно составлять около 75% по весу соединения. Эта величина в указанном интервале температур, как видно, не зависит от температуры в связи с тем, что растворимость соединения в течение промежутка времени, соответствующего оптимальной продолжительности разложения, является примерно одийаковой.

Приведенную величину весового соотношения следует рассматривать как оптимальную при разложении химически чистого двойного соединения. Кристаллы этого соединения, полученные в производственных условиях, всегда содержат на своей поверхности некоторое количество межкристальной жидкости, богатой NaCl. В связи с повышенным содержанием хлористого натрия они обнаруживают меньшую растворимость в воде. Следовательно, для растворения их в процессе разложения потре-

£ Любая точка, изображающая на диаграмме параметры системы или фазы, называется фигуративной или изобразительной.

буется большее количество воды: 80% по весу кристаллов сое* динения, полученного после центрифугирования. Соответственно выход кристаллов глюкозы при этом уменьшается.

Установлено, что содержание глюкозы в межкристальной жидкости при оптимальной продолжительности разложения не зависит от весового соотношения между исходными веществами. Оно зависит от температуры: с понижением температуры содержание глюкозы значительно уменьшается. Поскольку растворимость двойного соединения в процессе разложения в интервале температур 5—20 ℃ примерно одинаковая, то выход кристаллической глюкозы будет тем больше, чем ниже температура при разложении.

Выход кристаллов глюкозы :

После выявления наиболее целесообразных условий разложения был определен практический выход кристаллов глюкозы при 20 и 5 ℃. Для этого утфель, получаемый в результате разложения, разделялся фильтрацией под вакуумом, и кристаллы глюкозы отмывались от межкристальной жидкости во всех случаях большим количеством этилового спирта, в котором глюкоза мало растворима.

Таблица 29

Номер опыта

Исходный раствор, %

Температура, ℃

Содержание NaCl в полученной глюкозе, %

Выход глюкозы, %

концентрация

количество

1

Вода

75

20

0,30

57,5

2

68

20

0,98

—

3

75

5

0,54

73,1

4

19,6

96,5

20

0,35

66,7

5

36,4

137

20

0,43

70,3

6

55,5

311

20

0,72

97,4

В табл. 29 приводится величина выхода, выраженная в процентах к весу глюкозы, введенной в процесс в виде кристаллов двойного соединения.

Приведенные данные подтверждают правильность определен ния оптимального весового процента воды, так как при мень- шем количестве (опыт 2) кристаллы глюкозы содержат значительно больше хлористого натрия в качестве примеси. Показано также, что с понижением температуры разложения выход кристаллов действительно резко возрастает. Но выход глюкозы можно значительно увеличить, если процесс разложения проводить не в чистой воде, а в очищенных гидролизатах крахмала (опыты 4, 5 и 6). Выход будет тем больше, чем выше； кон-

центрация раствора глюкозы. Так, при концентрации исходного раствора 55,5% имеется возможность извлекать 97,4% глюкозы. Однако практическое значение могут иметь лишь жидкие гидролизаты после механической и угольной фильтрации.

Разложение двойного соединения в гидролизатах крахмала, кроме увеличения выхода глюкозы на этой стадии производства, имеет еще и то преимущество, что на станцию разложения не будет подаваться чистая вода, которая в дальнейшем подлежит выпариванию. Следовательно, сократит расход пара.

Форма и размер кристаллов глюкозы

Для получения большего выхода кристаллической глюкозы в процессе разложения двойного соединения недостаточно создавать условия, способствующие выделению большего количества глюкозы в твердую фазу. Очень важно, чтобы глюкоза при

Рис. 45. Кристаллы глюкозы, полученные при .разложении двойного соединения при 20 ℃, когда интенсивное перемешивание проводится в .течение 2—3 мин, далее — покой.'

этом выкристаллизовывалась в виде нормальных кристаллов. Иначе будут осложнения при центрифугировании, унос мелких кристаллов межкристальным оттеком, что снизит выход продукта.

Микрофотографирование [12] показало, что на форму и размер кристаллов в процессе разложения большое влияние оказывает режим перемешивания в стадии кристаллизации глюкозы. Представленные на рис. 45 кристаллы глюкозы получены при интенсивном перемешивании массы (40 об/мин) в течение первых 3 мин, после чего смесь была оставлена в покое на

15 мин. На рис. 46 показаны кристаллы, полученные при интенсивном перемешивании в течение 30——35 сек, далее смесь также была оставлена в покое. Размеры этих кристаллов в несколько раз больше первых. Причину такой разницы можно объяснить следующим образом. Растворение кристаллов соединения в основном происходит в течение 25—30 сек при 20 ℃, как это видно из температурной кривой. Затем начинается кри-

Рис. 46. Кристаллы глюкозы, полученные при интенсивном перемешивании в течение 30—35 сек, далее — покой (Х400).

сталлизация глюкозы. Интенсивное перемешивание в стадии кристаллизации, как это было в первом случае, способствует образованию большого количества центров кристаллизации. Поэтому глюкоза выкристаллизовывается в виде мелких, недостаточно хорошо оформленных кристаллов.

Однако кристаллизация в покое также нежелательна, так как удлиняется продолжительность разложения. На рис. 47 представлены кристаллы, полученные при очень медленном перемешивании в стадии кристаллизации (0,5 об/мин). При этом глюкоза выпадает в виде крупных, хорошо оформленных кристаллов. Такие кристаллы легко разделить и промыть при центрифугировании.

Таким образом, с точки зрения перемешивания процесс разложения следует подразделить на две стадии. В начальный момент целесообразно интенсивное повсеместное перемешивание для растворения возможно большего количества двойного соединения, а в период кристаллизации желательно поддерживать очень медленное перемешивание — около 0,5 об/мин.

Продолжительность периода интенсивного перемешивания зависит от температуры растворителя, а также качества самих

кристаллов двойного соединения. Для определения этого времени можно использовать фактическую температурную кривую (см. рис. 37) и интенсивное перемешивание проводить до тех пор, пока снижается температура смеси.

В производственных условиях продолжительность этого периода составляет 45—60 сек.

(рис. 49). Более округленная и шероховатая поверхность этих кристаллов обусловлена, очевидно, перетиранием кристаллов, так как при 5 ℃ утфель содержит значительно больше кристаллов, чем при 20 ℃. С этой точки зрения идти на дальнейшее снижение температуры разложения вряд ли целесообразно.

Рис. 47. Кристаллы глюкозы, полученные при интенсивном перемешивании в течение 30—35 сек, далее медленное перемешивание.

Рис. 50. Кристаллы глюкозы, полученные при

.разложении в глюкозном сиропе (15,2% сухих веществ) с интенсивным перемешиванием в течение 1 мин, далее — медленное перемешивание.

Кристаллы глюкозы, получаемые при разложении двойного соединения при 5 ℃ (рис. 48), при медленном перемешивании имеют более правильную форму, чем без перемешивания

Установлено, что разложение двойного соединения в гидролизатах крахмала возможно лишь при концентрации последнего ниже 25% (рис. 50). При больших концентрациях глюкоза вы&

Рис. 48. Кристаллы глюкозы, полученные при разложении двойного соединения при 50 ℃ с медленным перемешиванием в стадии кристаллизации.

Рис. 49. Кристаллы глюкозы, полученные при разложении двойного соединения при 5℃ без перемешивания в стадии кристаллизации.

Рис. 51. Кристаллы глюкозы, полученные при разложении двойного соединения в глюкозном сиропе, содержащем 35,6% сухих веществ (Х400).

,Рис. 52. Кристаллы глюкозы, полученные при разложении двойного соединения в густом глюкозном сиропе, содержащем 55,3% сухих веществ (Х400).

Рис. 53. Схема станции разложения двойного соединения:Рис. 53. Схема станции разложения двойного соединения:/ — дозатор воды； 2 — дозатор двойногосоединения (буксир на весах); 3 — сме-ситель; 4 — утфелера определитель./ — дозатор воды； 2 — дозатор двойногосоединения (буксир на весах); 3 — сме-ситель; 4 — утфелера определитель.

Рис. 53. Схема станции разложения двойного соединения:

Рис. 53. Схема станции разложения двойного соединения:

/ — дозатор воды； 2 — дозатор двойногосоединения (буксир на весах); 3 — сме-ситель; 4 — утфелера определитель.

/ — дозатор воды； 2 — дозатор двойногосоединения (буксир на весах); 3 — сме-ситель; 4 — утфелера определитель.

падает в виде вытянутых тонких кристаллов, среди которых имеется множество мелких иголок (рис. 51 и 52). Снижением коэффициента пересыщения не удается добиться желаемого результата.

Разложение двойного соединения в производственныхусловиях

Для поддержания определенного весового соотношения между двойным соединением I продукта и водой станция разложения, схема которой изображена на рис. 53, прежде всего укомплектована автоматическими дозаторами воды и двойного соединения. Вода отмеривается по объему, двойное соединение —— по весу. Обычно для разложения 100 кг двойного соединения, получаемого в результате центрифугирования утфеля двойного соединения I продукта, берется 80 л воды.

Направляемая на станцию разложения вода должна быть предварительно тщательно профильтрована. Желательно, чтобы температура ее находилась в пределах 5——15℃. Если, производственная вода имеет температуру выше указанной, как это бывает в период летнего сезона, то целесообразно установить холодильную установку. В дозатор / вода поступает самотеком из сборника, который во избежание подогрева воды за счет окружающего воздуха еле- дует устанавливать в холодном месте.

В связи с различным режимом перемешивания процесс разложения осуществляется в двух разных аппаратах. Растворение кристаллов соединения при интенсивном перемешивании производится в закрытом смесителе 3 с метальным механизмом якорного типа, делающим 40—60 об/мин. Для этого вначале в смеситель подается вода, включается мешалка и уже после этого высыпается вся порция двойного соединения из бункера 2. Смесь перемешивается здесь в течение 1—1,5 мин, после чего быстро с помощью задвижки выпускается в обыч-

ный утфелераспределитель 4, где происходит дозревание утфеля ——кристаллизация глюкозы. Метальный механизм ут- фелераспределителя должен вращаться со скоростью не более 0,5 об/мин.

Продолжительность выдержки утфеля в утфелераспредели- теле зависит от температуры воды, направляемой на станцию- разложения. При указанной температуре воды утфель выдерживается в течение 20—30 мин. Во избежание подогрева утфеля за счет окружающего воздуха в период выдержки утфе- л ер аспр еделитель желательно покрыть теплоизоляцией или снабдить водяной рубашкой, по которой будет циркулировать холодная вода. Из утфелераспределителя утфель направляется на станцию центрифугирования. Разделение таких утфелей протекает значительно легче, чем глюкозных, получаемых при классическом способе, в связи с тем что вязкость межкристальной жидкости при разложении двойного соединения, как уже ука* зывалось, примерно в 45 раз меньше.

Получаемая в результате центрифугирования и промывки кристаллическая глюкоза обычно содержит в качестве примеси не более 0,2——0,4% хлористого натрия. Такое количество примеси не ощущается на вкус. Кроме того, такая глюкоза дает лучшие по прозрачности растворы, чем кристаллическая глюкоза, получаемая классическим способом. Это объясняется тем, что в процессе разложения глюкоза по существу подвергается перекристаллизации, которая является лучшим видом очистки.

Признаком нормально протекающего процесса разложения является хорошее загустевание массы в утфелераспредели- теле. Однако в процессе работы иногда наблюдаются случаи плохого разложения. Тогда масса после разложения представляет собой раствор с осевшими на дно аппарата кристаллами. При этом получаемая в результате центрифугирования глюкоза соленая на вкус.

Основной причиной ненормальностей на станции разложения является плохое качество двойного соединения I продукта ——повышенное содержание хлористого натрия в качестве примеси. Повышенное содержание NaCl может быть следствием завышенной дозировки хлористого натрия на образование двойного соединения, а также неудовлетворительное отделение межкристальной жидкости при центрифугировании двойного соединения I продукта. При плохом разделении утфелей получаемые кристаллы двойного соединения содержат частицы межкристальной жидкости, богатой NaCl.

В присутствии NaCl растворимость двойного соединения резко снижается. В ：связи с низким пересыщением раствора в отношении а-глюкозы выкристаллизовывается мало глюкозы. Наряду с этим много кристаллов двойного соединения остаются

■нерастворенными. При разделении глюкозных утфелей они остаются в готовой глюкозе, поэтому она имеет соленый вкус.

Для устранения этой ненормальности двойное соединение I продукта необходимо промыть небольшим количеством воды в процессе центрифугирования и несколько увеличить продолжительность центрифугирования.

ЛИТЕРАТУРА

Anthon Fr. J. Polytcchnisches Jomal, herausgegeben von Dingier, Bd. 166, 1862, p. 69.

Л e б e д e в H. В., Л ю б и н Б. О. ЖПХ. T. XXIV, № 4, 1950, стр. 409.

Сипягин А. С. Бюллетень технико-экономической информации. 4H СССР, №6, 1955,

Сипягин А. С. Die Starke, 1956, № 3, S. 192—194.

Вант-Гофф Я^ Г. Лекции об образовании и разложении двойных <олей. АН СССР, 1937.

Аносов В. Я., Погодин С. А. Основные начала физико-химического анализа. АН СССР, 1949, стр. 671, 677, 678.

Лебедев Н. В. Труды НИИГС. Т. VIII, Гослесбумиздат, 1960.

Л а д у р Т. А. Изучение процесса разложения двойного соединения глюкозы с хлористым натрием при производстве кристаллической глюкозы. .Автореферат, 1960.

Kremann R. J. Chern. Zentralbllat. Bd. 11, 1909, р. 1199.

Pasteur L. J. Annalen d. Chem. et. pf. vol. XXXI, 1851, p. 67.

Trey H. J. Zeitschr. fiir Physik. Chem. Bd. XXII, 1897, p. 423.

Л а д у p T. А. Информационный бюллетень ЦНИИКПП. Вып. 2, 1958, <тр. Ill—117.

Levy A. Zeitschr. phys. chem. Bd. XVII, 2, 1895, S. 301—324.

Murschhauser H. Biochem. Zeitschr. 1924, S. 36.

Hudson C. S., D a 11 J. K. J. Am. Soc. 39, № 2, 1917, p. 325.

Ралль С. Ф. . Аннотация научно-исследовательских работ .ЦНИИКПП, 1940.

Т о 11 е n s В. J. Berichte der Deutschen Chemischen Geselschaft. Bd. 17, 1896, S. 238.

Мухин Г. E・，Acc T. В. Украинський хемичний журнал. Харьмв. Т I, 1925, стр. 458.

Kuhn R., Jacob Р. J. Zeitschrift phys. Chem. Bd. 113, 1924. S. 389—431.

Лебедев H. B.t Банникова А. А. Труды НИИГС. Гослесбум- .издат, Т. IX, 1961, стр. 81—89.

Т a n г е t С. J. Bull, de la Societe chemique de Frarice [3], vol. 33, 1905, p. 338—345, 728.

Баканов H. А. и др. Технология кр а хм ало-п аточного произвол* &тва. Пищепромиздат, 1959, стр. 502.'

Matsuura S. J. Bull, of the Chem* Soc. of Japan, 2, N 2, 1927, p. 11-

T e g g e G. J. Die Starke, 1962, № 8.

Некрасов Б. В. Курс общей химии. Госхимиздат, 1952, стр. 166.

N е 1 s о n J., В е е g 1 е F. J. Am. soc. vol. 41, 1919, р. 559.

П о з и н М. Е. Технология минеральных удобрений и солей. Госхим- издат, 1957, стр. 43.

Г л а в a V I

ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЕ, СУШКАГ РАССЕВ И ХРАНЕНИЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙГЛЮКОЗЫ

Отделение кристаллов двойной соли от межкристальнога раствора производится в центрифугах. Обычно в заводских условиях применяются подвесные центрифуги периодического действия (рис. 54) с барабаном диаметром 1000—1200 мм, развивающим скорость до 1200——1400 об/мин, что соответствует окружной скорости около 70 м/сек.

Рис. 54. Центрифуги.

В барабан центрифуги вставляется три сита, наложенные одно на другое в следующем порядке: вначале от стенки барабана вставляется медная сетка грубого плетения, на которую накладывается сетка из нержавеющей стали фильтровая «48 ГОСТ 3187 48 нитей основы на дециметр и 303 нитей утка》. Сверху сетка накрывается медной штампованной сеткой с отверстиями диаметром 1,5 мм. Отделение кристаллов от межкристального оттека достигается за счет центробежной силы, превышающей силу тяжести и сцепления межкристального оттека в 1000—1200 раз. Оттек, пройдя через отверстия сит и

барабана, отбрасывается на стенку кожуха, по которой стекает вниз, и через специальный штуцер по трубе отводится в сборник. Кристаллы остаются на сите барабана, образуя слой толщиной до 100 мм, который механическим приспособлением или вручную выгружается из центрифуги через разгрузочное отверстие.“

Загрузка центрифуги утфелем производится на первой скорости (300—400 об/мин) ：с таким расчетом, чтобы слой кристал- -лов не превышал 100 мм, что соответствует 120 кг утфеля на 1 м? поверхности барабана. После загрузки барабана утфелем электродвигатель переключают на вторую скорость, при которой центрифуга работает весь период центрифугирования.

После отделения оттека от кристаллов, что узнается по прекращению вытекания зеленой патоки из контрольной трубки в кожухе, двойная соль выгружается из центрифуги. В случае пе- / реработки утфелей двойного соединения с повышенной цветностью может быть допущена промывка ：слоя кристаллов в центрифуге холодной чистой водой — не более 5 л.

При переработке утфеля разложенной двойной соли центрифуги загружают так же, как и утфелем двойной соли.

Промывка глюкозы после отделения межкристального оттека требует особого внимания и тщательности, так как от этого зависит качество готового продукта. Промывка глюкозы в центрифуге ведется холодной водой. Промывная вода должна быть профильтрована через костяной или норитный фильтр, а если ее жесткость выше 2 ℃, то и через пермутитовый фильтр. Воду в центрифугу подают через орошающую форсунку по 3— 4 川мин.

Орошающая форсунка должна устанавливаться с таким расчетом, чтобы водяной зонт покрывал слой глюкозы от верха барабана до низа. В противном случае глюкоза вверху и внизу не будет ^отмыта от солевого раствора и будет содержать повышенный процент поваренной соли. При нормальной промывке глюкоза должна содержать не более 0,2—0,3% поваренной со- 』н, что допускается техническими условиями. Окончание промывки при соблюдении правил загрузки центрифуги утфелем и нормальной работы форсунки контролируется временем промывки или количеством воды, расходуемой на этот процесс. По времени промывка глюкозы длится 5—8 мин, а количество воды, расходуемое на ее промывку, составляет 20—25% к весу сырой глюкозы.

После промывки глюкоза в центрифуге при полных оборотах просушивается естественным путем до прекращения вытекания оттека (белой патоки). После просушки двойная соль, а также и глюкоза имеют влажность 13—15%. Влажность двойной соли II продукта после просушивания составляет 14—16%. Центрифугирование утфеля II продукта производится без про- 148

а<ывки водой. Двойная соль II продукта направляется на рас- клеровку. Полный цикл работы центрифуги при центрифугировании нормальных утфелей слагается из следующих операций (в мин): !

Для I про- Для II про

дуктадукта

Наполиеиие центрифуги 0,50,5

Отделение зеленой патоки 10—1230

Промывание глюкозы водой 5—8—

Просушивание глюкозы 8—10—

Выгрузка глюкозы 45

27,5—34,5 35,5

По мере закупоривания отверстий сита кристаллами двойной соли или глюкозы центрифуги промывают горячей водой или пропаривают паром. В случае недостижения эффекта от промывки и пропарки сита заменяют новыми, а старые обрабатывают при кипячении содовым раствором, после чего они шогут быть снова использованы в производстве. В целях облегчения замены сит, а также применения форсунок для промывки барабан центрифуги должен иметь только цилиндрическую поверхность. Центрифуги, у которых барабаны с конусным дном, для производства глюкозы непригодны.

Высушивание глюкозы производится в барабанных или в пневматических сушилках.

Процесс сушки глюкозы, полученной через ее двойное соединение с хлористым натрием, в барабанных сушилках ничем не отличается от описанного в разделе втором «Производство кристаллической глюкозы по прямой кристаллизации». Впервые для сушки глюкозы на Бесланском маисовом комбинате была установлена пневматическая сушилка конструкции А. И. Еремеева. Во время ее работы было установлено, что су- 1пилка имеет ряд недостатков, одним из которых является отсутствие возможности регулирования температурного режима по всей высоте сушилки. Такое регулирование температуры су- -тильного агента крайне необходимо, так как влажная глюкоза при 60—65 ℃ начинает плавиться. В сушилке А. И. Еремеева горячий воздух подводится внизу в зоне поступления влажной глюкозы. ‘

При этих условиях, чтобы высушивать глюкозу, необходимо подавать горячий воздух температурой 75——80 ℃. Влажная глюкоза, соприкасаясь с горячим воздухом, частично подымается вверх по трубе и высушивается, а частично плавится, за- бнва# ротор сушилки. Высушенная глюкоза благодаря плавлению в процессе сушки, содержит много крупки.

Однако пневматическая сушилка имеет и преимущества перед барабанной.

Она проста в изготовлении, занимает мало места, не тре* j бует особого ухода, а также ремонта. Качество глюкозы бла-； годаря быстрой сушки значительно выше. Рассев и хранение глюкозы проводится аналогично описанному на стр. 31—33.

Глава VII

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА ГЛЮКОЗЫ ИЗ КРАХМАЛАЧЕРЕЗ ЕЕ ДВОЙНОЕ СОЕДИНЕНИЕ

Принципиальная схема производства кристаллической глюкозы через ее двойное соединение с хлористым натрием предложена Институтом крахмало-паточной промышленности и бы-

крахмальная суспензиякрахмальная суспензияЗидролизаторЗидролизаторНСЕНСЕAta龙Ata龙НоритНоритИонтактйые сборникиИонтактйые сборникиНейтрализатор ■* ^7 g —Нейтрализатор ■* ^7 g —Фильтрпресс сиропное нориткиа суспензии ■Фильтрпресс сиропное нориткиа суспензии ■中 ипьтрцрвсс'нзтршзоба^ного .zc^ona中 ипьтрцрвсс'нзтршзоба^ного .zc^onaФилотрпресс сирто-норит- ной суспензии. 「_VФилотрпресс сирто-норит- ной суспензии. 「_V、、Сборник2d Sbt-卩вхк 沛пусна 県/^《парнойбыпарка ]、、Сборник2d Sbt-卩вхк 沛пусна 県/^《парнойбыпарка ]контропьнд!й 碗恥тр- f пресс Ваши-иппорат / продактаКрнсЕабизаторI продуктаЦентрифуга / продетаДрзатор^ДСI [продетаконтропьнд!й 碗恥тр- f пресс Ваши-иппорат / продактаКрнсЕабизаторI продуктаЦентрифуга / продетаДрзатор^ДСI [продета^нтактнтйсЬорнии -^нтактнтйсЬорнии -Вакуум-аппаратя продукта.Вакуум-аппаратя продукта.]корпииДозатор^^я^ "公Смеситель пристал-/?而 ДС о боШ]корпииДозатор^^я^ "公Смеситель пристал-/?而 ДС о боШкристаллизаторкристаллизаторкристаллизатор Ппрз^такристаллизатор Ппрз^таи,ент.?и^уга 眦dново сочинения 斤простаи,ент.?и^уга 眦dново сочинения 斤простаСборник ЕиСРОЛКСборник ЕиСРОЛК~РCOqphuk мптек*, полу^енноги при разложении 炉例层 ного соединения~РCOqphuk мптек*, полу^енноги при разложении 炉例层 ного соединенияЦентрифугаЦентрифугаСушилаСушила7師7Р，〃& МЯ К肥PD&7師7Р，〃& МЯ К肥PD&5урвгп5урвгпк〃 дойного 加晶入 Упано^а г^юкоз^ ненин Нпродукта方 мешкик〃 дойного 加晶入 Упано^а г^юкоз^ ненин Нпродукта方 мешки

крахмальная суспензия

крахмальная суспензия

Зидролизатор

Зидролизатор

НСЕ

НСЕ

Ata龙

Ata龙

Норит

Норит

Ионтактйые сборники

Ионтактйые сборники

Нейтрализатор ■* ^7 g —

Нейтрализатор ■* ^7 g —

Фильтрпресс сиропное нориткиа суспензии ■

Фильтрпресс сиропное нориткиа суспензии ■

中 ипьтрцрвсс'нзтршзоба^

ного .zc^ona

中 ипьтрцрвсс'нзтршзоба^

ного .zc^ona

Филотрпресс сирто-норит- ной суспензии. 「_

V

Филотрпресс сирто-норит- ной суспензии. 「_

V

、、Сборник

2d Sbt-

卩вхк 沛пусна 県/^《парной

быпарка ]

、、Сборник

2d Sbt-

卩вхк 沛пусна 県/^《парной

быпарка ]

контропьнд!й 碗恥тр- f пресс Ваши-иппорат / продакта

КрнсЕабизатор

I продукта

Центрифуга / продета

Дрзатор^ДС

I [продета

контропьнд!й 碗恥тр- f пресс Ваши-иппорат / продакта

КрнсЕабизатор

I продукта

Центрифуга / продета

Дрзатор^ДС

I [продета

^нтактнтйсЬорнии -

^нтактнтйсЬорнии -

Вакуум-аппаратя продукта.

Вакуум-аппаратя продукта.

]корпииДозатор^^я^ "公Смеситель пристал-/?而 ДС о боШ

]корпииДозатор^^я^ "公Смеситель пристал-/?而 ДС о боШ

кристаллизатор

кристаллизатор

кристаллизатор Ппрз^та

кристаллизатор Ппрз^та

и,ент.?и^уга 眦dново сочинения 斤проста

и,ент.?и^уга 眦dново сочинения 斤проста

Сборник ЕиСРОЛК

Сборник ЕиСРОЛК

~Р

COqphuk мптек*, полу^енноги при разложении 炉例层 ного соединения

~Р

COqphuk мптек*, полу^енноги при разложении 炉例层 ного соединения

Центрифуга

Центрифуга

Сушила

Сушила

7

師7Р，〃& МЯ К肥PD&

7

師7Р，〃& МЯ К肥PD&

5урвгп

5урвгп

к〃 дойного 加晶入 Упано^а г^юкоз^ ненин Нпродукта方 мешки

к〃 дойного 加晶入 Упано^а г^юкоз^ ненин Нпродукта方 мешки

Рис. 55, Принципиальная технологическая схема производствакристаллической глюкозы методом двойного соединения.

нанала опробирована в полузаводских условиях и уточнена Бесланском маисовом комбинате (рис. 55).

на

на

Как видно из схемы, технологический процесс до введения в производство поваренной соли ни чем не отличается от схемы производства кристаллической глюкозы по прямой кристаллизации. Технологический процесс в этой части проводится по общеустановленному режиму и в такой же аппаратуре, как и на заводах, работающих по прямой кристаллизации. Вторая хасть производства отличается по технологическому режиму и «аппаратура здесь другая. Основным различием является извлечение глюкозы из крахмального гидролизата в виде двойного соединения с хлористым натрием с последующим разложением и выделением кристаллической глюкозы.

Описание технологии производства

Гидросуспензию крахмала плотностью 22—25 °Бр подкисляют соляной кислотой и направляют на гидролизатор. Общее количество кислоты, необходимое для гидролиза, составляет 0,5—0,65% газа НС1 к весу безводного крахмала.

В результате гидролиза получают глюкозный сироп доброкачественностью 88—90%.

Кислый гидролизат нейтрализуют в нейтрализаторе раствором соды до pH 4,7——5,0 и направляют на фильтпрессы. Очищенный жидкий сироп уваривают в трехкорпусной выпарке до плотности 56—57 °Бр.

Густой глюкозный сироп смешивается в контактном сборнике с клеровкой в соотношении 1 :3. Содержание хлористого натрия в сиропе должно находиться на уровне 16,5—17,0% по весу сухих веществ сиропа, определенных ареометрическим спо- 、＜обом. Если содержание хлористого натрия в данной смеси ниже 16%, то в нее добавляется определенное количество поваренной соли. В случае повышенного содержания NaCl смесь разбавляется густым сиропом из сборника после выпарки.

Определение содержания хлористого натрия производится в заводской лаборатории.

Указанную концентрацию NaCl необходимо поддерживать в каждой порции сиропа, направляемой на дальнейшую переработку.

Большая часть хлористого натрия возвращается в производство с клеровкой двойного соединения II продукта, с оттеками, получаемыми при разложении двойного соединения, и с белой патокой. Поваренная соль1 вводится в производство по весу.

Для обесцвечивания сиропа в контактный сборник подается 0,6% активированного угля по весу сухих веществ сиропа. Кон- такция производится в течение 30 мин при постоянном перемешивании при температуре 75—80 ℃.

Сиропно-норитная суспензия из контактного сборника направляется на фильтрпресс. Сироп после контрольных фильтр-

прессов направляется на уваривание в вакуум-аппарат I про- пукта,

В вакуум-аппарате сироп I.продукта уваривается до плотности 1445—1450 кг/м3 при температуре 60—70 ℃.

Уваренный сироп поступает в кристаллизаторы I продукта— Заливка -одного кристаллизатора производится в течение одной смены, причем охлаждающую воду необходимо подавать в водяную рубашку кристаллизатора после спуска первой порции уваренного сиропа.

Процесс кристаллизации двойного соединения глюкозы с хлористым натрием целесообразнее проводить в кристаллизаторах с возможно более развитой поверхностью охлаждения, чтобы утфель успевал охладиться до нужной температуры в течение- 8——12 4, в которые происходит процесс кристаллизации двойного соединения I продукта.

Процесс кристаллизации двойного соединения I продукта следует считать законченным, когда температура утфеля снизится до 26——28 ℃, а содержание сухих веществ в межкристальной патоке не будет превышать 62—63%.

Охлажденный утфель из кристаллизатора направляется на центрифугу I продукта. При малой подвижности получаемый утфель следует раскачать зеленой .патокой, которую можно подавать как в утфелераспределитель, так и непосредственно в. кристаллизатор.

Готовый утфель по внешнему виду представляет рассыпчатую массу, которая хорошо отделяется от рук.

При центрифугировании двойного соединения I продукта просушка производится в течение 10—15 мин, чтобы конечная влажность получаемых кристаллов не превышала 13——14%. При более высокой влажности выход кристаллической глюкозы в. процессе разложения резко снижается.

В случае неудовлетворительного разложения кристаллы двойного соединения I продукта промываются при центрифугировании водой в течение 5 мин, после чего тщательно просушиваются. .

Кристаллы двойного соединения I продукта из центрифуг поступают на станцию разложения. 一

Станция разложения представлена следующим оборудованием: смеситель и кристаллизатор (дозреватель).

Смеситель представляет собой цилиндрический сосуд с метальным механизмом якорного типа, делающим 40 об/мин.

В качестве дозревателя можно использовать обычный утфе- лераспределитель с индивидуальным приводом метального механизма ,скорость вращения которого не превышает 0,5— 1 об/мин.

В смеситель предварительно поступает чистая вода в количестве 75——80% по весу кристаллов двойного, соединения, за-

тем определенная порция этих кристаллов. Отмеривание воды к двойного соединения производится с помощью дозатора I продукта и дозатора воды простейшей конструкции.

Вода, применяемая для разложения, должна быть предварительно отфильтрована и иметь температуру от 5 до 15 ℃.

Смешивание кристаллов двойного соединения производится в течение 45——50 сек, затем смесь направляется на дозревание (кристаллизацию). При этом жидкая масса быстро загустевает. Продолжительность процесса разложения в целом не должна превышать 25——30 мин.

После отделения межкристального оттека при центрифугировании кристаллическую глюкозу промывают чистой холодной водой, просушивают до конечной влажности, не превышающей 13—14%, и подают в сушилку. Для этой цели лучше использовать сушилки барабанного типа.

Высушенная глюкоза влажностью 8,5——9,0% поступает на просеивание в бурат. Просеянная глюкоза упаковывается в мешки.

Межкристальный оттек, получаемый при центрифугировании двойного соединения I продукта (зеленая патока), собирается в сборнике зеленой патоки и подается в вакуум-аппарат II продукта на уваривание.

В вакуум-аппарате зеленая патока уваривается до плотности раствора 1465—'1470 кг［諸 при 55—65 ℃ и спускается в кристаллизатор II продукта.

Процесс кристаллизации II продукта следует считать законченным, когда температура утфеля снизится до 20 ℃, а содержание сухих веществ в межкристальной патоке не будет превышать 70—71 %.

Получаемый при центрифугировании утфеля II продукта желтый сахар подается в сборник для клеровки, куда поступает также оттек от разложения двойного соединения I продукта, бмая патока от промывки глюкозы при центрифугировании и раствор глюкозы из скруббера. Плотность клеровки при этом должна быть не ниже 50—56 сБр, При центрифугировании двойного соединения II продукта получают гидрол, являющийся отходом производства.

В процессе производства кристаллической глюкозы методом двойного соединения на станцию разложения можно направлять не воду, а жидкие гидролизаты крахмала после механической фильтрации и очистки их активированным углем. Предварительно гидролизаты необходимо охлаждать до температуры не выше 20 ℃.

По данным продуктового расчета, на станцию разложения необходимо направлять примерно половину всего нейтрализованного сиропа.

Э^о' даст возможность значительно сократить расход пара,] по данной схеме.1

Оттек, получаемый при разложении двойного соединения,:

так же, как и описывалось выше, необходимо подавать в кле-

ровочный сборник. Но клеровку следует направлять не в кон

тактные сборники, как это показано линией сплошного контура, а в сборник перед выпаркой (пунктирная линия) , чтобы весь : нейтрализованный сироп подвергался двукратному выпариванию с промежуточной очисткой, согласно технологии глюкозного производства вообще. В остальном технологическая схема остается без изменения.

Жидкий сироп, направляемый на станцию разложения, вна- j чале охлаждается, а затем перед возвращением в основную цепь подогревается. В связи с этим, очевидно, будет целесообразным охлаждение жидкого сиропа производить холодными оттеками по принципу противотока.

Характеристика кристаллической глюкозы

Кристаллическая гидратная глюкоза, получаемая по классической схеме, должна удовлетворять следующим требованиям стандарта:

По органолептическим показателям:

Внешний вид ——белый кристаллический порошок, проходящий без остатка через металлическое сито с отверстиями размером 1,5 мм.

Вкус ——сладкий, без постороннего привкуса.

Прозрачность ——раствор 20 г глюкозы в 100 мл воды может слегка опалесцировать.

По физико-химическим показателям:

Норма

Содержание влаги в %, не более 9

Содержание редуцирующих веществ в % в пересчете на сухое вещество, не менее . . .99,5

Содержание золы в % в пересчете на сухое вещество, не более 0,07

Содержание железа в %, в пересчете на сухое вещество, не более 0,004

Содержание свободных минеральных кислот, мышьяка, солей тяжелых металлов (меди, олова, свинца), Недопускается

Для приготовления инъекционных растворов в химико-фармацевтической промышленности и для производства аскорбино-: вой кислоты в витаминной промышленности используется глю- коза с содержанием железа не более 0,002%.J

Кроме указанных примесей, выпускаемая в настоящее вре- 1 мя глюкоза содержит определенное количество белка и жнра,: 154

из-за наличия которых глюкозные растворы опалесцируют, что нежелательно. Количество этих примесей в основном зависит от качества крахмала, поступающего в переработку. В связи с этим необходимо предъявлять высокие требования к качеству крахмала по содержанию в нем примесей белка и жира.

Кристаллическая глюкоза гидратная, получаемая по методу двойного соединения, имеет те же качественные показатели, что м получаемая пр классической схеме. Но в отличие от обычной глюкоза, получаемая по методу двойного соединеия, содержит примеси хлористого натрия (0,2——0,4% на сухое вещество). В гвязи с этим соответственно увеличивается и содержание золы в глюкозе. Повышенное содержание хлористого натрия отрицательно сказывается не только на технологии, но и на качестве продуктов фармацевтической и витаминной промышленности. Для этих отраслей промышленности необходимо производить глюкозу классическим способом. Потребность этих отраслей удовлетворяется существующими предприятиями. Для всех других отраслей, в том числе и пищевой промышленности, целесообразно использовать глюкозу, получаемую по методу двойного соединения. В связи с этим новые заводы по производству глюкозы следует проектировать по методу двойного соединения.

Применение гидрола

Новая технология получения кристаллической глюкозы несколько изменила состав гидрола, уменьшилось содержание редуцирующих веществ и увеличилась концентрация хлористого натрия.

Соответствующие исследования, проведенные Всесоюзным научно-исследовательским институтом антибиотиков, показали возможность использования соленого гидрола при производстве пенициллина и стрептомицина.

Сотрудниками Северо-Кавказского филиала ВНИИК были проведены опыты по использованию соленого гидрола для производства спирта. Благодаря отрицательному действию хлористого натрия на дрожжевые клетки переработка соленого гидрола на спирт возможна только при добавлении его в количестве 1 % по весу кормовой патоки.

В лаборатории комбикормов Всесоюзного научно-исследовательского института зерна и продуктов его переработки проведена работа по применению соленого гидрола при производстве комбинированных кормов [1].

Для разработки технологии применения этого гидрола в комбикормовой промышленности были изучены некоторые его химические, а также физические и технологические свойства.

Содержание калия, натрия, кальция и фосфора в соленом : гидроле представлено в табл. 30.

Таблица 30

Элементы

Содержание в средней пробе солен ого гидрола, %

Среднее содержание в соленом гидроле, %

1962 г.

1963 г.

Калий

0,05

0,03

0,04

Натрий

Кальций

4,90

0,13

4,80 0,16

4,85

0,145

Фосфор

0,056

0,075

0,065

Такое соотношение кальция и фосфора соответствует нормам минерального питания сельскохозяйственных животных^ предусмотренным рационом [2]. Гидрол по химическому составу представляет собой ценный продукт для введения в комбикорма.

Удельный вес гидрола при 20 ℃ составляет 1,338——1,341г температура застывания 22 ℃, о вязкости соленого гидрола можно судить по данным, приведенным ниже: "

Температура, ℃ . .010203050

Вязкость, сст198,0391,6346,3226,7615,65

Физические свойства соленого гидрола позволяют использо

вать его при производстве комбикормов без предварительного подогрева. Гидрол равномерно смешивается с сухими рассыпными комбикормами.

Благодаря высокому содержанию сахаров гидрол является

хорошим связующим материалом при выработке гранулированных кормов. По внёшнему виду гранулы, полученные при нс〕

пользовании гидрола, отличаются блестящей поверхностью，； После введения гидрола гранулы оказались более прочными и медленно разбухали в воде.

Ценный химический состав и физические свойства гидрола

позволяют использовать его не только при производстве комби

кормов и гранул, но и для приготовления кормовой смеси на стержней початков кукурузы [3].

Для повышения питательности смеси в нее вводится определенное количество мочевины [4]. Известно, что основные трудности при введении кристаллической мочевины в комбикорма вызывает ее слеживаемость и плохое дозирование, комкуемость мочевины при плохом дозировании может оказать токсическое действие на организм животных.

Опы^гы, проведенные с соленым гидролом, показали, что он является хорошим растворителем мочевины [5].

Учитывая, что соленый гидрол до настоящего времени почта не изучался как кормовой продукт, были проведены соответствующие опыты по выяснению баланса и перевариваемости питательных веществ рационов с гидролом.

Опыты показали, что гидрол содержит 43,8% безазотистых экстрактивных веществ, перевариваемость которых равна 94%. Таким образом, питательность 1 кг соленого гидрола равна 0,67* кормовых единиц [5].

ЛИТЕРАТУРА

Зицермаи М. Я. Труды ВНИИЗ. ЦИНТИ Госкомитета заготовок СССР, М, 1963.

Томе Н. Ф.( Ксанфопуло О. Ц., Семент ов ска я Н. М. Минеральный состав кормов СССР. Заготиздат, 1948.

Использование стержней початков кукурузы для кормов под редакцией М. И. Незлобина. ЦИНТИ Госкомитета заготовок СССР, 1963.

М о д я н ов А. В., В а й ст и х Г. Я. Вестник технической и экономической информации. ЦИНТИ Госкомитета заготовок СССР, 1962, № 11.

Марков Д. И., Зицерман М. Я., Бабицкий В. И. Вестник технической и экономической информации. ЦИНТИ Госкомитета заготовок- СССР, 1964, № 2.

Г л а в а V I 11

ПРОИЗВОДСТВО КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ГЛЮКОЗЫ ИЗ МУКИ ЗЕРНОВЫХКУЛЬТУР

Для производства кристаллической глюкозы по обычной схеме требуется крахмал высших сортов, что усложняет технологический процесс этого весьма ценного для народного хозяйства продукта. Новая схема получения кристаллической глюкозы из. крахмальных гидролизатов через ее двойное соединение с хлористым натрием послужила основанием для разработки схемы получения кристаллической глюкозы непосредственно из муки зерновых культур.

Выделение глюкозы из сиропов в виде двойного соединения с хлористым натрием успешно происходит даже при наличии в- сиропах посторонних примесей. Процесс расщепления основных продуктов ферментативного гидролиза муки ——декстринов и мальтозы до глюкозы в присутствии минеральных кислот позволяет получать гидролизаты доброкачественностью до 88%.

Опыты, проведенные группой научных сотрудников ВНИИКа в лабораторных и полузаводских условиях, закончились с положительными результатами. Для внедрения в промышленность была предложена принципиальная технологическая схема, изображенная на рис. 56.

Кукурузная мука разводится в разводном чане при перемешивании водой и промоями от промывки жмыха на фильтр* прессах до концентрации суспензии 26—28°Бр.

Для получения при кислотном гидролизе глюкозных сиропов с высокой доброкачественностью необходимо, чтобы фер-

Разводной ин*Разводной ин*做с做сНерни*Нерни*〈B曲口Солод〈B曲口Солод■Сборник' густого сиропа■Сборник' густого сиропаконтрольной фильтрпрессконтрольной фильтрпрессЛагер'Лагер'Заторн1з1й чанЗаторн1з1й чанСон而Сон而Сборник перед 5а ку ум -аппаратшнСборник перед 5а ку ум -аппаратшнФилотрпреосФилотрпреосЖно1хЖно1хВа^уун-аппарат IпрозуvAiaВа^уун-аппарат IпрозуvAiaЦристолллзет^ I лрвдуигтг-Цристолллзет^ I лрвдуигтг-悔phunсирспа悔phunсирспа帙帙Ут^релераспредвлительУт^релераспредвлительИон^ерторИон^ерторНейтрализаторНейтрализаторСодаСода■Центр^уеи I продукта■Центр^уеи I продуктаСырник Лад расшробаи дойной с®Сырник Лад расшробаи дойной с®Сборник сиропаСборник сиропа-Диатонит-ДиатонитФильтрпресс шидиоео си呐иФильтрпресс шидиоео си呐иCSQPHunInmmsigiCSQPHunInmmsigiЦентральный ФильтрпрессЦентральный ФильтрпрессСборник сцропаСборник сцропаВаиуун-^ппаратВаиуун-^ппаратЁЬорицц лгре^ бскуун-ппп曲птицЁЬорицц лгре^ бскуун-ппп曲птиц■^Рийьщрррвсс видного с〃師о■^Рийьщрррвсс видного с〃師оЦристпплизаторЦристпплизаторУтФеявраспредепительУтФеявраспредепительЗануим'аппарат*Зануим'аппарат*ИйисталлизатоРЫИйисталлизатоРЫСЛ?а“〃* сиропаСЛ?а“〃* сиропаД?“000РД?“000Р^Ып^а трехкорпусн®^Ып^а трехкорпусн®Решс^врРешс^вр£W*〃* еистого сиропа£W*〃* еистого сиропаЦентрифугиЦентрифугиСборник шробии-Сборник шробии-CSophur ^гидролаCSophur ^гидрола•N哦•N哦УтФелерпспрвЗелительУтФелерпспрвЗелитель■ЦентриФуеи■ЦентриФуеи^и/ютрлресс гастого стропа^и/ютрлресс гастого стропа•CMphuh детого cuporr•CMphuh детого cuporr■Нотт■НоттXukoipnp眦 густого сиропа-Xukoipnp眦 густого сиропа-борш 收 cmmevolборш 收 cmmevolНорияНорияАппарат для разложения Збойной сотАппарат для разложения Збойной сотЙп (ршраспрёделитшЙп (ршраспрёделитш>г::~т-*» Пестри史нейСушилка дла глюайзыурне Зла рассева aw阀заВундер 历丿 igfoUgsoi>г::~т-*» Пестри史нейСушилка дла глюайзыурне Зла рассева aw阀заВундер 历丿 igfoUgsoi

Разводной ин*

Разводной ин*

做с

做с

Нерни*

Нерни*

〈B曲口

Солод

〈B曲口

Солод

■Сборник' густого сиропа

■Сборник' густого сиропа

контрольной фильтрпресс

контрольной фильтрпресс

Лагер'

Лагер'

Заторн1з1й чан

Заторн1з1й чан

Сон而

Сон而

Сборник перед 5а ку ум -аппаратшн

Сборник перед 5а ку ум -аппаратшн

Филотрпреос

Филотрпреос

Жно1х

Жно1х

Ва^уун-аппарат IпрозуvAia

Ва^уун-аппарат IпрозуvAia

Цристолллзет^ I лрвдуигтг-

Цристолллзет^ I лрвдуигтг-

悔phunсирспа

悔phunсирспа

帙

帙

Ут^релераспредвлитель

Ут^релераспредвлитель

Ион^ертор

Ион^ертор

Нейтрализатор

Нейтрализатор

Сода

Сода

■Центр^уеи I продукта

■Центр^уеи I продукта

Сырник Лад расшробаи дойной с®

Сырник Лад расшробаи дойной с®

Сборник сиропа

Сборник сиропа

-Диатонит

-Диатонит

Фильтрпресс шидиоео си呐и

Фильтрпресс шидиоео си呐и

CSQPHunInmmsigi

CSQPHunInmmsigi

Центральный Фильтрпресс

Центральный Фильтрпресс

Сборник сцропа

Сборник сцропа

Ваиуун-^ппарат

Ваиуун-^ппарат

ЁЬорицц лгре^ бскуун-ппп曲птиц

ЁЬорицц лгре^ бскуун-ппп曲птиц

■^Рийьщрррвсс видного с〃師о

■^Рийьщрррвсс видного с〃師о

Цристпплизатор

Цристпплизатор

УтФеявраспредепитель

УтФеявраспредепитель

Зануим'аппарат*

Зануим'аппарат*

ИйисталлизатоРЫ

ИйисталлизатоРЫ

СЛ?а“〃* сиропа

СЛ?а“〃* сиропа

Д?“000Р

Д?“000Р

^Ып^а трехкорпусн®

^Ып^а трехкорпусн®

Решс^вр

Решс^вр

£W*〃* еистого сиропа

£W*〃* еистого сиропа

Центрифуги

Центрифуги

Сборник шробии-

Сборник шробии-

CSophur ^гидрола

CSophur ^гидрола

•N哦

•N哦

УтФелерпспрвЗелитель

УтФелерпспрвЗелитель

■ЦентриФуеи

■ЦентриФуеи

^и/ютрлресс гастого стропа

^и/ютрлресс гастого стропа

•CMphuh детого cuporr

•CMphuh детого cuporr

■Нотт

■Нотт

Xukoipnp眦 густого сиропа-

Xukoipnp眦 густого сиропа-

борш 收 cmmevol

борш 收 cmmevol

Нория

Нория

Аппарат для разложения Збойной сот

Аппарат для разложения Збойной сот

Йп (ршраспрёделитш

Йп (ршраспрёделитш

>г::~т-*» Пестри史ней

Сушилка дла глюайзыурне Зла рассева aw阀заВундер 历丿 igfoUgsoi

>г::~т-*» Пестри史ней

Сушилка дла глюайзыурне Зла рассева aw阀заВундер 历丿 igfoUgsoi

Анс. 56. Принципиальная схема производства кристаллической глюкозы изкукурузной муки.

ментативные сиропы содержали как можно больше конечных декстринов и меньше глюкозы и мальтозы.

Небольшое содержание глюкозы в исходном ферментативном сиропе уменьшает возможность разрушения глюкозы при последующем кислотном гидролизе, а следовательно, и образование продуктов реверсии.“

Для этой цели разработан режим ферментативного гидро-

лиза, обеспечивающий получение сиропов определенного состава. 一 -一 …

Разработанный технологический режим обеспечивает создание условий, благоприятных для действия а-амилазы, расщепляющей молекулы крахмала в основном до образования конечных декстринов.

Действие р-амилазы, расщепляющей крахмал до образования мальтозы и глюкозы, при этом режиме ограничивается. Таким образом обеспечивается получение сиропов с желаемым соотношением углеводов.

Для снижения образования мальтозы и глюкозы первую， порцию солода в количестве 20% от общей порции следует вносить не в начале нагревания затора, а при достижении им температуры 60 ℃.

Общее количество солода, потребное для гидролиза, должно составлять 15% сухого вещества зеленого солода к сухому веществу муки. Мучная суспензия из разводного чана перекачивается в мерник, где подогревается до температуры 60 ℃. При этой температуре вносится первая порция солода,- а нагрев ведется с такой скоростью, чтобы температура повышалась на 1 ℃ в 1 мин. При достижении температуры 70——71 ℃ масса за「усте~ вает, поэтому при 70 ℃ предусмотрена пауза — выдержка массы в продолжении 30 мин. За это время происходит разжижение массы, после чего нагревание продолжается. По достижении температуры 75 ℃ производится еще одна пауза в течение 20—— 30 мин., а затем разжиженная масса подается в лагер. Благодаря высокому избыточному давлению пара (2,5——3,0 ат), поступающему в лагер, разваривание суспензии в лагере и клейсте- ризация крахмала происходят очень быстро. Из лагеря масса поступает в заторный чан.

Во избежание активизации действия р-амилазы во время заполнения заторного чана температура с самого начала должна быть не ниже 63—65. ℃, а через 10—15 мин не ниже 67—70 ℃. Это достигается в начале заполнения смешением горячей массы с температурой 95——96 ℃ с холодным солодовым молоком (вторая порция 80%), предварительно залитым в заварной чан. В дальнейшем, когда температура массы начинает подниматься, ее можно снизить подачей холодной воды в змеевик заторного чана.户

Заполнение заварного чана оклейстеризованной массой, должно производиться при температуре 68——70 ℃, не допуская длительного перегрева выше 70 °C. Кратковременный перегрев- выше 70 ℃ не отражается на активности ферментов. По окончании заполнения заторного чана температура массы должна составлять 70 ℃, чем и обеспечивается правильный режим осахаривания. Осахаривание массы продолжается до получения йодной пробы. ■

Наименование продуктов

о 1?

Hs

注

瑞心

6

S

Кукурузная мука

138,79

138,79

84,0

165,23

Ячменный солод

16,21

—

16,21

86,0

18,85

—

учная суспензия с солодом в заторном чане ..

155,0

一

155,0

22,23

697,25

Ферментативный сироп после кислотного гидролиза

109,24

一

109,24

15,82

690,52

87,0

Нейтрализованный сироп .

109,09

—

109,09

21,06

517,91

87,0

Жидкий сироп после норит- ной фильтрации ....

106,84

106,84

21,05

507,42

87,0

устой сироп

106,59

一

106,59

56,0

190,33

87,0

К леровка

155,75

52,08

207,83

47,23

440,03

96,55

Г устой сироп с клеровкой после I фильтрации ..

261,63

51,48

313,11

49,81

628,60

92,69

Густой сироп с клеровкой и дополнительно введенным NaCl

261,56

59,60

321,16

51,08

628,73

92,70

Утфель I продукта ...

261,35

59,15

320,50

85,0

377,06

92,74

Двойная соль I продукта .

206,45

33,17

239,62

86,0

278,62

98,5

Зеленая патока

54,88

25,88

80,76

72,03

112,12

70,91

.Двойная соль I продукта после перекристаллизации

163,30

26,41

189,71

86,0

220,59

99,54

-Оттек от цен-1 рифугирова- ния утфеля после перекристаллизации ....

42,98

6,21

49,19

69,39

70,89

94,55

^Утфель после разложения двойной соли

163,27

26,41

189,68

47,78

397,0

99,54

Глюкоза после центрифугирования с промывкой ее водой

84,65

0,25

84,90

86,0

98,72

100,0

Оттек после центрифугирования утфеля разложенной двойной соли ..,

68,75

24,83

93,58

32,15

291,07

99,0

'Оттек после промывки глюкозы водой

9,85

1,33

11,18

48,12

23*23

98,98

Сахарная крупка

8,75

0,02

8,77

91,50

9,58

100,0

Товарная глюкоза

74,8

0,02

75,0

91,50

81,91

100,0

Двойная соль II продукта

28,53

19,69

48,22

84,0

57,4

83

Гидрол

26,25

5,69

31,94

73,68

43,35

60,0

мых

51,63

51,63

41,5

124,41

—

По окончании осахаривания масса в заторном чане подогревается до 90 СС, а затем поступает на фильтпресс для отделения сиропа от жмыха. Продолжительность заполнения заторного чана емкостью 12 м3 составляет 1 ч.

Время осахаривания 1 ч 30 мин ——1 ч 40 мин.

Оптимальная плотность ферментативного сиропа составляет около 20°Бр.

Жмых после промывки водой выводится из производства и используется как весьма ценный корм. Ферментативный сироп подвергается гидролизу в присутствии соляной кислоты, которая берется из расчета 1 % газа НС1 к сухим веществам сиропа. Полный оборот конвертора в среднем составляет 42 мин. В остальном технологический процесс проводится по схеме производства кристаллической глюкозы из крахмальных гидролизатов, за исключением перекристаллизации двойной соли, которая необходима в связи с повышенной цветностью ферментативных сиропов. Предложенная схема обеспечивает выход кристаллической глюкозы 75—76% к сухим веществам содержащегося в муке и солоде крахмала, введенного в производство.

Основные продукты производства глюкозы из кукурузной муки через двойное соединение с хлористым натрием приведены в табл. 31.

Глава IX

ПРОДУКТОВЫЙ РАСЧЕТ ПРОИЗВОДСТВА КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ГЛЮКОЗЫЧЕРЕЗ ЕЕ ДВОЙНОЕ СОЕДИНЕНИЕ С ХЛОРИСТЫМ НАТРИЕМ

В качестве исходных данных для составления продуктового расчета производства кристаллической глюкозы методом двойного соединения принимаем те же показатели по качеству перерабатываемого крахмала, доброкачественности гидролизата крахмала, количеству сухих веществ белой патоки, сахарной пыли и крупки, что и для прямой кристаллизации глюкозы. При новом способе изменяется доброкачественность промежуточных продуктов и гидрола, снижается расход соляной кислоты, а также потери сухих веществ глюкозного сиропа, так как не проводится доосахаривание зеленой патоки. Ниже приводятся эти показатели

Доброкачественность, % зеленой патоки 80,0

белой патоки 99,0

двойного соединения I продукта 99,5

двойного соединения 11 продукта 95,0

гидрола (приведенная доброкачественность) ....65,0

1611616 Е. Я. Жарова и др. 3

161

161

Расход соляной кислоты на гидролиз (в % газа НС1 по весу безводного крахмала) 0,65

Потери в процессе производства сухих веществ (в % к весу безводного крахмала)

глюкозного сиропа 3,49

хлористого натрия 1,60

На основании этих данных определяем количество сухих веществ продуктов и полупродуктов.

Продуктовый расчет в начале производится на сухие вещества глюкозного сиропа. Затем рассчитывается потребное количество хлористого натрия с последующим распределением его по отдельным станциям:

Количество нейтрализованного сиропа с учетом золы, образующейся при нейтрализации сиропа:

ТнТн98,701,0— 0,001-89,598,701,0— 0,001-89,5卜 0,88 + 0,1 + 1,3= 110,75%.卜 0,88 + 0,1 + 1,3= 110,75%.

Тн

Тн

98,70

1,0— 0,001-89,5

98,70

1,0— 0,001-89,5

卜 0,88 + 0,1 + 1,3= 110,75%.

卜 0,88 + 0,1 + 1,3= 110,75%.

Теоретический выход очищенного глюкозного сиропа:

98,701,0— 0,001.89^598,701,0— 0,001.89^5+ 0,85 + 0,15 = 109,41%.+ 0,85 + 0,15 = 109,41%.

98,701,0— 0,001.89^5

98,701,0— 0,001.89^5

+ 0,85 + 0,15 = 109,41%.

+ 0,85 + 0,15 = 109,41%.

Потери примесей

110,75—109,41 = 1,34 кг.

Практический выход очищенного глюкозного сиропа при потерях 3,49% составит:

109,41—3,49=105,92%.

На основании испытаний потери сухих веществ глюкозного сиропа (3,49%) и хлористого натрия (1 %) распределяются по станциям следующим образом (табл. 32).

Уже отмечалось, что при новом способе производства глюкозы в густые глюкозные сиропы добавляется значительное количество хлористого натрия для образования двойного соединения глюкозы с хлористым натрием. Поэтому в процессе кристаллизации доброкачественность межкристального раствора снижается не только в результате выделения глюкозы в твердую фазу, но и в результате механического загрязнения сиропа хлористым натрием. В связи с этим следует подсчитывать не фактическую доброкачественность гидрола, а приведенную, которая исключает влияние дополнительно вводимого на верстат производства хлористого натрия, т. е. NaCl свыше 6% (на сухое вещество гидрола) не учитывается.

СтанцияСтанцияy-'EITEWXBd 工«S0SS& HdBIOcy-'EITEWXBd 工«S0SS& HdBIOc•ByaEBduo•ByaEBduoПотери сухих веществ глюкозногосиропа, %Потери сухих веществ глюкозногосиропа, %I продуктI продуктII продуктII продукт2qw3Ku фи-ф&о^а2qw3Ku фи-ф&о^аBIqN© SBFaduoBIqN© SBFaduo-qwaBIf343duo©H-qwaBIf343duo©H李 c°ez HdMOc李 c°ez HdMOcОсахаривание и нейтрализация Механическая фильтрацияс осадкомс салфетками ... Фильтрация жидкого сиропа перед выпаркойс осадком .....с салфетками ... Фильтрация густого сиропа после выпаркис осадком с салфетками .,. Выпаривание (с конденсатом и барометрической водой).... Кристаллизация и центрифугирование .... Разложение ...... Сушка и рассев ....Осахаривание и нейтрализация Механическая фильтрацияс осадкомс салфетками ... Фильтрация жидкого сиропа перед выпаркойс осадком .....с салфетками ... Фильтрация густого сиропа после выпаркис осадком с салфетками .,. Выпаривание (с конденсатом и барометрической водой).... Кристаллизация и центрифугирование .... Разложение ...... Сушка и рассев ....一0,100,101.200,101,300,200,200,2$0,100,360,200,100,300,200,080,280,100,070,170,200,050,250,130,13—0,030,03—0,100,i0一0,100,101.200,101,300,200,200,2$0,100,360,200,100,300,200,080,280,100,070,170,200,050,250,130,13—0,030,03—0,100,i01,341,341515- 一 一 二• 2:>06二 о о- -- ----w> да--- о о- 一 一 二• 2:>06二 о о- -- ----w> да--- о о二二5 55 о5 55 о5 ю ^ю о5 ю ^ю о

Станция

Станция

y-'EITEWXBd 工

«S0SS& HdBIOc

y-'EITEWXBd 工

«S0SS& HdBIOc

•ByaEBduo

•ByaEBduo

Потери сухих веществ глюкозногосиропа, %

Потери сухих веществ глюкозногосиропа, %

I продукт

I продукт

II продукт

II продукт

2qw3Ku фи-ф&о^а

2qw3Ku фи-ф&о^а

BIqN© SBFaduo

BIqN© SBFaduo

-qwaBIf343duo©H

-qwaBIf343duo©H

李 c°ez HdMOc

李 c°ez HdMOc

Осахаривание и нейтрализация Механическая фильтрация

с осадком

с салфетками ... Фильтрация жидкого сиропа перед выпаркой

с осадком .....

с салфетками ... Фильтрация густого сиропа после выпарки

с осадком

с салфетками .,. Выпаривание (с конденсатом и барометрической водой).... Кристаллизация и центрифугирование .... Разложение ...... Сушка и рассев ....

Осахаривание и нейтрализация Механическая фильтрация

с осадком

с салфетками ... Фильтрация жидкого сиропа перед выпаркой

с осадком .....

с салфетками ... Фильтрация густого сиропа после выпарки

с осадком

с салфетками .,. Выпаривание (с конденсатом и барометрической водой).... Кристаллизация и центрифугирование .... Разложение ...... Сушка и рассев ....

一

0,10

0,10

1.20

0,10

1,30

0,20

0,20

0,2$

0,10

0,36

0,20

0,10

0,30

0,20

0,08

0,28

0,10

0,07

0,17

0,20

0,05

0,25

0,13

0,13

—

0,03

0,03

—

0,10

0,i0

一

0,10

0,10

1.20

0,10

1,30

0,20

0,20

0,2$

0,10

0,36

0,20

0,10

0,30

0,20

0,08

0,28

0,10

0,07

0,17

0,20

0,05

0,25

0,13

0,13

—

0,03

0,03

—

0,10

0,i0

1,34

1,34

15

15

- 一 一 二• 2:>06二 о о

- -- ----w> да--- о о

- 一 一 二• 2:>06二 о о

- -- ----w> да--- о о

二

二

5 5

5 о

5 5

5 о

5 ю ^ю о

5 ю ^ю о

Всего . . . 1,34 2,36 0,86 3,22 0,15 0,12 0,27 1,00

Приведенная доброкачественность гидрола подсчитывается следующим образом:

а— (с— 0,06 а)

а — содержание сухих веществ в продукте, %;

b — общее содержание редуцирующих веществ в продукте, %;

с — содержание NaCl в гидроле, %.

Выход кристаллической глюкозы по данной схеме в связи с тем, что не проводится доосахаривание зеленой патоки, подсчитывается по формуле Переплетчикова.

Выход кристаллической глюкозы согласно исходным данным будет равен:

V = ‘啰(89,5 — 65) = 70,0%

Выход сухого вещества кристаллической глюкозы по весу сухого вещества крахмала составит:

105,92•70,0105,92•70,0= 74,13%.= 74,13%.

105,92•70,0

105,92•70,0

= 74,13%.

= 74,13%.

Исходя из того, что из 100 кг абсолютно сухого крахмала ■получаем 105,92 кг сухих веществ глюкозного сиропа, доброкачественность которого равна 89,5%, редуцирующих веществ в таком сиропе будет содержаться：

X =」。5,92.丝=80 К?.

100

Несахаров в сиропе будет

105,92—74,13 = 31,79 ке.

Количество сухих веществ гидрола определится по разности между сухими веществами сиропа и сухими веществами кристаллической глюкозы

105,92—94,80=11,12 кг.

Количество редуцирующих веществ в нем составляет (94,80—74,13 = 20,67 кг,

несахаров соответственно будет:

31,79—20,67=11,12 кг.

Количество утфеля II продукта определяется следующим образом.

Выход двойного соединения II продукта (желтый сахар) по сухому веществу утфеля можно определить из уравнения：

100(80—65)—95二 65100(80—65)—95二 65100J5100J5=50,0%.=50,0%.

100(80—65)

—95二 65

100(80—65)

—95二 65

100J5

100J5

=50,0%.

=50,0%.

Отсюда из 100 единиц сухих веществ утфеля II продукта получается сухих веществ гидрола

100—50,00 = 50,00 кг.

Следовательно, количество сухих веществ утфеля II продукта на 100 единиц крахмала, введенного в производство, равно

竺&^ = 63,58 кг.50,00

Количество безводного двойного соединения II продукта (желтый сахар) определится как разность между сухими ве*

ществами утфеля II продукта и гидролом, за вычетом потерь при центрифугировании, которые составляют 0,04 кг,

63,58—31,79—0,04 = 31,75 кг,

в том числе

редуцирующих веществ:

31,75-95 々с〔公=30,16

100

несахаров:

31,75—30,16=1,59 кг,

где 95 ——доброкачественность двойного соединения II продукта.

Количество сухих веществ зеленой патоки можно определить как сумму сухих веществ двойного соединения II продукта и гидрола, а также потерь в цепи II продукта — 0,27 кг

31,75 + 31,79 + 0,27 = 63,81 窓； в том числе

редуцирующих веществ:j

30,16 + 20,67 + 0,23-51,06 從，

несахаров:

63,81—51,06= 12,75 кг (из них 0,88 кг NaCl).

Количество сахарной крупки, получаемой при рассеве глюкозы, и сахарной пыли из скруббера подсчитывается, исходя из того, что эта величина^ составляет 10% к сухим веществам сырого сахара

По весу безводного крахмала эта величина составит

7,41100 — 107,41100 — 10=8,23 кв.=8,23 кв.

7,41

100 — 10

7,41

100 — 10

=8,23 кв.

=8,23 кв.

Доброкачественность сырого сахара принята за 100%'. Доброкачественность сахарной крупки и пыли также принята за 100%.

Количество сухих веществ пробеленной кристаллической сырой глюкозы с учетом потерь при сушке и рассеве, которые составляют 0,10 кг, равно

74,13 + 8,23 + 0,10 = 82,46 кг,

в том числе глюкозы 82,46 кг.

Количество сухих веществ белой патоки определяется следующим образом.

В белую патоку переходит 10% сухих веществ непробелен- ного сахара, что к безводному крахмалу составит

82,46-Ю100—1082,46-Ю100—10=9,17 кг.=9,17 кг.

82,46-Ю

100—10

82,46-Ю

100—10

=9,17 кг.

=9,17 кг.

Кроме того, в белую патоку перейдет 0,1 кг несахаров, которые находились в непробеленном сахаре. Тогда сухие вещества белой патоки составят:

9,17 + 0,1 = 9,27 кг,

в том числе

гЛюкозы: 9,17 кг

несахаров: 0,1 кг.

Количество сухих веществ непробеленной сырой кристаллической глюкозы определится как сумма пробеленной сырой глюкозы и белой патоки

82,46 + 9,27 = 91,73 кг, в том числе

глюкозы: 91,63 кг, несахаров: 0,1 кг.

Количество сухих веществ в утфеле после разложения двойного соединения глюкозы с хлористым натрием определяется следующим образом.

В непробеленную кристаллическую глюкозу переходит 60% глюкозы, находящейся в утфеле, при разложении. Отсюда количество сухих веществ в утфеле, полученных при разложении двойного соединения, можно найти из уравнения:

Потери при центрифугировании составляют 0,04 кг. Отсюда количество глюкозы в утфеле, полученном в результате разложения, составит:

152,88 + 0,04=152,92 疵.

При доброкачественности утфеля 99,54% количество сухих веществ в нем определится из уравнения:

152,92 "00152,92 "0099,5499,54=153,62 к?,=153,62 к?,

152,92 "00

152,92 "00

99,54

99,54

=153,62 к?,

=153,62 к?,

несахаров в нем содержится:

153,62—152,92=0,70 кг.

Количество сухих веществ в оттеке, получаемом при центрифугировании утфеля разложенного двойного соединения, определится по разности между сухими веществами утфеля и сухими веществами непробеленной кристаллической глюкозы с учетом потерь, возникших при центрифугировании:

153,62—91,73—0,04-61,85 кг,，

в том числе

глюкозы: 152,92—91,63—0,04 = 61,25 кг, несахаров: 61,85—61,25 = 0,60 кг.

Количество сухих веществ в двойном соединении I продукта определится как сумма сухих веществ в утфеле, получаемом при разложении двойного соединения и потерь, которые составляют 0,03 кг:

153,62 + 0,03 = 153,65 ке,

в том числе

глюкозы: 152,92 + 0,03=152,95 ке, несахаров: 153,65—152,95 = 0,70 кг.

Количество сухих веществ клеровки определится как сумма сухих веществ двойного соединения II продукта, сахарной крупки и пыли из скруббера, белой патоки и оттека, получаемых при разложении:

31,75 + 8,23 + 9,27 + 61,85=111,10 кг,, в том числе

редуцирующих веществ: 30,16 + 8,23 + 9,17 + 61,25=108,81 庇, несахаров: 1,59 + 0,1+0,60 = 2,29 кг,

Количество сухих веществ жидкого сиропа перед угольной фильтрацией равно теоретическому выходу сухих веществ глюкозного сиропа за вычетом потерь, которые на данном участке верстата составляют 1,60 кг:

109,41 — 1,60=107,81 кг.

Доброкачественность этого сиропа равна 89,5%. Сироп содержит:

редуцирующих веществ:

107,81-89,5 са с；

= 96,49

100

несахаров: 107,81—96,49=11,32 кг.

Количество сухих веществ жидкого сиропа перед выпаркой равно количеству сухих веществ сиропа перед угольной фильтрацией за вычетом потерь, которые составляют 0,66 кг (редуцирующих веществ 0,59 кг и несахаров — 0,07 кг):

107,81—0,66=107,15 кг, в том числе

редуцирующих веществ: 96,49—0,59 = 95,90 кг, несахаров: 11,32—0,07=11,25 кг.

Количество сухих веществ густого сиропа после выпарки определится как разность между сухими веществами до выпарки и потерями при выпаривании, которые составляют 0,15 кг (редуцирующих веществ 0,13 кг и несахаров — 0,02 кг):

107,15—0,15-107,00 к&

в том числе

редуцирующих веществ: 95,90—0,13 = 95,77 кг,

несахаров: 11,25—0,02= 11,23 кг.°

Количество сухих веществ густого сиропа перед 'первой фильтрацией определится как сумма сухих веществ густого сиропа, получаемого с выпарки, и сухих веществ клеробки (вначале без хлористого натрия):

，107,00+111,10 = 218,10 危，

из них

редуцирующих веществ: 95,77+108,81=204,58 кг,

несахаров: 11,23 + 2,29= 13,52 кг, в том числе NaCl 0,88 кг.

Количество необходимого хлористого натрия определяется следующим образом.

В условиях кристаллизации двойного соединения глюкозы (С6н12о6) 2 • NaCl • Н2О из гидролизатов, полученных из крахмала, количество необходимого хлористого натрия составляет 18,5% по весу сухих веществ глюкозного сиропа или

218，@.曳3 = 40,35 кг.

Хлористый натрий выводится из производства с гидролом, кроме того потери NaCl составляют 1 кг. Это количество 'пополняется в каждом цикле. Остальная (большая) часть хлористого натрия возвращается в I продукт с клеровкой.

Гидрол содержит около 20% NaCl по весу сухих веществ. Из производства выводится следующее количество NaCl:

с гидролом:飞

31,79-20 公 о_0,35 кг,

100

с готовой продукцией：

^^ 二 0,22 ке.

100

Всего выводится из производства хлористого натрия:

0,22 + 6,36+1,00 = 7,58 кг.

В сборник густого сиропа перед первой фильтрацией возвращается NaCl с клеровкой:

40,35—7,58 = 32,77 к?,.产

32,77—0,88 = 31,89 ке.

Зная количество хлористого натрия на верстате, определим по станциям общее количество сухих веществ.

Количество сухих веществ густого сиропа *перед первой фильтрацией складывается из сухих веществ глюкозного сиропа на этой станции (пункт 22) и хлористого натрия, возвращаемого в основную цепь с клеровкой:

218,10 + 31,89 = 249,99 кг,

и? них

редуцирующих веществ: 204,58 кг,1

несахаров: 12,64 кг,

NaCl: 32,77 кг.

, 25. Количество сухих веществ густого сиропа после первой фильтрации определяется так.

В густой сироп после первой фильтрации добавляется такое количество хлористого натрия, которое выводится из производства с гндролом, готовой продукцией и с потерями.

Потери сухих веществ при фильтрации составляют 0,85 кг, в том числе

редуцирующих веществ: 0,23 кг,

несахаров: 0,02 кг>

NaCl: 0,05 кг.

Количество густого сиропа после фильтрации составит：

249,99—0,30 + 7,58 = 257,27 кг,

в том числе

редуцирующих веществ: 204,58—0,23 = 204,35 кг, несахаров: 12,64—0,02= 12,62 кг, NaCl: 32,77—0,05 + 7,58 = 40,30 кг.

Количество сухих веществ густого сиропа после второй фильтрации.

При второй фильтрации теряется сухих веществ сиропа 0,13 кг, в том числе редуцирующих веществ 0,12 кг, несахаров 0,01 кг, хлористого натрия 0,53 кг:

257,27—0,66 = 256,61 庇，

из них

редуцирующих веществ: 204,35—0,12=204,23 ^г, несахаров: 12,62—0,01 = 12,61 кг, NaCl: 40,30—0,53=39,77 кг.

Количество сухих веществ сиропа после контрольной фильтрации.

Потери сухих веществ глюкозного сиропа на этой станции составляют 0,09 кг, в том числе

редуцирующих веществ: 0,06 кг, несахаров: 0,01 кг,х

NaCl: 0,02 ке:

256,61—0,09 = 256,52 位，

из них

редуцирующих веществ: 204,23—0,06 = 204,17 кг, несахаров: 12,61—0,01 = 12,60 кг, NaCl: 39,77—0,02 = 39,75 кг.

Количество сухих веществ сиропа после вакуум-аппарата I продукта.

Потери при уваривании составляют 0,15 кг: сухих веществ глюкозного сиропа 0,10 кг, в том числе:

редуцирующих веществ: 0,09 кг,

несахаров: 0,01 кг, потери NaCl: 0,05 кг:

256,52—0,15 = 256,37 кг,

из них

редуцирующих веществ: 204,17—0,09 = 204,08 кг, несахаров: 12,60—0,01 = 12,59 кг, NaCl: 39,75—0,05 = 39,70 кг.

Количество сухих веществ утфеля после кристаллизатора I продукта.

При кристаллизации I продукта теряется сухих веществ

глюкозного сиропа 0,04 кг, в том числе 0,03 кг редуцирующих веществ, 0,01 кг несахаров и 0,02 кг хлористого натрия：

256,37—0,06 = 256,31 庇，

из них

редуцирующих веществ: 204,08—0,03 = 204,05 кг, несахаров: 12,59—0,01 = 12,58 кг,

NaCl: 99,70—0,02 = 39,68 庇.■

Количество сухих веществ двойного соединения I продукта.

Кристаллы двойного соединения I продукта содержат примерно 16,5% NaCl по сухим веществам глюкозы:

)52,95〃6,5 = 2К。.

100

Всего сухих веществ двойного соединения I 'продукта

153,65+25,23=178,88 庇，

в том числе

глюкозы: 152,95 кг,

несахаров: 0,70 кг, NaCl: 25,23 кг.

Количество сухих веществ утфеля, полученного при разложении двойного соединения.

При разложении двойного соединения потери сухих веществ глюкозы составляют 0,03 кг, NaCl —0,15 кг.

Отсюда сухие вещества утфеля составляют：

178,88—0,18=178,70 кг, ["

из них

глюкозы: 152,95—0,03=152,92 кг,

несахаров: 0,70 кг,

NaCl: 25,23—0,15=25,08 кг.

Количество сухих веществ непробеленной глюкозы.

Согласно предыдущим расчетам в непробеленной кристаллической глюкозе содержится 96,46 кг сухих веществ глюкозы и 0,10 кг несахаров.

По практическим данным, хлористого натрия на поверхности кристаллов с межкристальным оттеком остается 1,5% к ве・ су сухих веществ глюкозы. Хлористого натрия в непробеленной глюкозе содержится:

100

Количество сухих веществ непробеленной глюкозы равно:

91,73+1,38 = 93,11 庇，

в том числе глюкозы: 91,63 кг, несахаров: 0,10 кг, NaCl: 1,38 кг.

оттека, -получаемого при определяется по разности сухими веществами непро- которые при центрифуги-оттека, -получаемого при определяется по разности сухими веществами непро- которые при центрифуги-Количество сухих веществ разложении двойного соединения, между сухими веществами утфеля и беленной глюкозы с учетом потерь, ровании утфеля составляют 0,07 ке:

оттека, -получаемого при определяется по разности сухими веществами непро- которые при центрифуги-

оттека, -получаемого при определяется по разности сухими веществами непро- которые при центрифуги-

178,70—93,11 —0,07 = 85,52

в том числе глюкозы: 152,92——91,63—0,04 = 61,25 кг, несахаров: 0,70—0,1=0,60 кг, NaCl: 25,08—1,38—0,03 = 23,67.

Количество сухих веществ белой патоки.

Согласно предыдущим расчетам в белую патоку при промывке непробеленной глюкозы водой переходит 9,17 кг глюкозы и 0,10 кг несахаров./

Готовая кристаллическая глюкоза содержит 0,3% NaCl, что составит:

『3.

Кроме того, с сахарной пылью и крупкой выводится хлори- стого натрия:

7,41・0,3~100~7,41・0,3~100~=0,02 к?.=0,02 к?.

7,41・0,3~100~

7,41・0,3~100~

=0,02 к?.

=0,02 к?.

Всего хлористого натрия в пробеленной глюкозе остается: 0,22 + 0,02 = 0,24 ке.

Хлористого натрия в белую патоку переходит: 1,38—0,24=1,14 庇.!

Сухих веществ белой патоки будет: 9,27+1,14=10,41 疵， 172

в том числе

глюкозы: 9,17 кг,

несахаров: 0,10 кг,

NaCl: 1,14 кг.

Количество сухих веществ пробеленной глюкозы определится как разность между сухими веществами непробеленной глюкозы и сухими веществами белой патоки. Количество сухих веществ пробеленной глюкозы составит

，93,11—10,41-82,70 кг,

в том числе

глюкозы: 91,63—9,17 = 82,46 кг, NaCl: 1,38—1,14 = 0,24 кг.

Количество сухих веществ высушенной кристаллической глюкозы определится по разности между сухими веществами пробеленной глюкозы и потерями сухих веществ глюкозы при сушке и рассеве, которые составляют 0,10 кг:

82,70—0,10 = 82,60 庇，

в том числе

глюкозы: 82,46—0,10 = 82,86 кг, NaCl: 0,24 кг.

Количество сухих веществ сахарной крупки и пыли из скруббера.

По предыдущим расчетам сахарной пыли и крупки получается 8,23 кг. Этот продукт содержит, кроме того, 0,02 кг соли.

Общее количество сахарной пыли и крупки:

8,23 + 0,02 = 8,25 кг,

в том числе

глюкозы: 8,23 кг,

NaCl: 0,02 кг.

Количество сухих веществ готовой продукции определится *по разности между сухими веществами высушенной глюкозы и сухими веществами сахарной пыли и крупки:

82,60—8,25=74,35 位，

в том числе

глюкозы: 82,36——8,23 = 74,13 кг, NaCl: 0,24—0,02 = 0,22 ке.

Количество сухих веществ первого оттека (зеленой патоки) после центрифугирования определится по разности между сухими веществами утфеля I продукта и двойного соединения I продукта за вычетом потерь при центрифугировании, которые составляют 0,08 кг, из них 0,06 кг потери сухих веществ глюкозного сиропа и 0,02 кг потери хлористого натрия:

256,31—0,08—178,88 = 77,35 ке,

в том числе

редуцирующих веществ: 204,05—0,05—152,95 = 51,05 кг, несахаров: 12,58—0,01—0,70= 11,87 кг, NaCl: 39,68—0,02—25,23=14,43 кг.

Количество сухих веществ зеленой патоки после вакуум- аппарата определяется следующим образом.

Потери II продукта при уваривании составляют 0,27 кг, из них 0,21 кг потери сухих веществ глюкозного сиропа и 0,06 кг потери NaCl:

77,35—0,27 = 77,08 庇，

в том числе

редуцирующих веществ: 51,05——0,20 = 50,85 冗己, несахаров: 11,87—0,01 = 11,86 кг, NaCl: 14,43—0,06=14,37 庇.

Количество утфеля двойного соединения II *продукта.

Потери сухих веществ глюкозного сиропа при кристаллизации составляют 0,02 кг, потери NaCl 0,10 кг:

77,08—0,03 = 77,05 庇，

в том числе

редуцирующих веществ: 50,85—0,02 = 50,83 кг,

несахаров: 11,86 кг,

NaCl: 14,37—0,01 = 14,36 ка

Количество гидрола.

Согласно предыдущим расчетам гидрол содержит сухих веществ глюкозного сиропа 30,91 кг, в том числе

редуцирующих веществ: 20,67 кг, несахаров: 11,12—0,88= 10,24 кг, NaCl: 6,36 кг, сухих веществ гидрола:

30,91 + 6,36=37,27 кг.

Количество двойного соединения II продукта (желтый сахар) определится как разность между сухими веществами утфеля II продукта и гидрола за вычетом потерь при центрифугировании—0,07 кг:

глюкозного сиропа: 0,04 кг,

NaCl: 0,03 кг,

77,05—0,07—37,27 = 39,71 кг,

е том числе

редуцирующих веществ: 50,83—20,67—0,03 = 30,13 кг, несахаров: 11,86—10,24—0,01 = 1,61 кг, NaCl: 14,36—6,36—0,03 = 7,97 кг.

БАЛА Н；С

сухих веществ продуктов на каждой станции производства кристаллическойглюкозы методом двойного соединения

№

Станции и продукты

Поступило, ка

Выведено, кг

Передано иа следующую станцию, кг

1

1. Крахмальная суспензия

Безводный крахмал

100

2

100% -ная соляная кислота

0,65

—

—

Итого ...

100,65

—

100,65

1

2. Гидролиз

Подкисленная крахмальная суспензия

100,65

2

Прирост за счет гидролиза химически 98,70 чистогокрахмала1д)_0 001 89 5 —98,70=9,77 但

9,77

3

Потери сухих веществ глюкозного сиропа

一

0,05

Итого ...

110,42

0,05

110,37

1

3, Нейтрализация

Осахаренный сироп из конвертора .

110,37

2

NaCl, образовавшийся за счет добавления 0,8 кг соды

0,88

3

НС1, прореагировавшая с содой ...

—

0,55

—

4

Потери сухих веществ глюкозного сиропа

0,05

Итого ...

11,25

0,60

110,65

1

4. Механическая фильтрация сиропа

Сироп с диатомитом

110,65

2

Потери примеси крахмала

—

1 ,34

—

3

Потери сухих веществ глюкозного сиропа

—

1,50

—

Итого ...

110,65

2,84

107,81

1

5. Контактные сборники жидкого сиропа с активированным углем

Жидкий сироп после механической фильтрации

107,81

2

Активированный уголь

0,30

Итого ...

108,11

——

108,11

Станции и продукты

Поступи-

Выведено, ка

Передано на следующую станцию, кг

6. Фильтрацня жидкого сиропа

Сироп из контактного сборника ...

108,11

Активированный уголь

0,30

—

Потери сухих веществ глюкозного сиропа

с осадком

二

0,36

с салфетками

0,30

—

того ...

108JI

0,96

107,15

7. Выпаривание жидкого сиропа

Очищенный жидкий сироп Потери сухих веществ глюкозного сиропа

107,15

0,15

Итого ...

107,15

0,15

107,00

8. Контактные сборники густого сиропа с отработанным активированным углем

Густой сироп с выпарки

107,00

Отработанный активированный уголь Клеровка

редуцирующих веществ

0,80

108,81

несахаров

2,29

—

—

сухих веществ поваренной соли .

31,89

—

—

Ито го...

250,79

—

250,79

9. Первая фильтрация густого сиропа

Сироп из контактного сборника ..

250,79

Активированный уголь

0,80

—

Потери сухих веществ глюкозного сиропа

0,25

一

хлористого натрия

0,05

Итого ...

2Е0,79

1,10

249,69

10. Контактные сборники густого сиропа со свежим активированным углем Сироп после первой фильтрации ...

249,69

Свежий активированный уголь ...

0,80

—

—

Хлористый натрий для пополнения его баланса

7,58

Итого ...

258,07

258,07

2

№ пп.

№

Станции и продукты

Поступило, кг

Выведено, кг

Передано на следующую станцию, кг

1L Вторая фильтрация густого сиропа

1

2 3

Сироп из контактного сборника ... Активированный уголь Потери сухих веществ

глюкозного сиропа

хлористого натрия

258,07

0,80

0,13

0,53

—

Итого ...

258,07

1,46

256,61

12. Контрольная фильтрация густого сиропа

1

2

Сироп после II фильтрации Потери сухих веществ: глюкозного сиропа хлористого натрия

256,61

0,07 0,02

—

Итого ...

256,61

0,09

256,52

13. Уваривание сиропов I продукта

1

2

Густой сироп после контрольной фильтрации

Потери сухих веществ глюкозного сиропа . . ..

хлористого натрия

256,52

0,10 0,05

—

Итого ...

256,52

0,15

256,37

14. Кристаллизация двойного соединения I продукта

I

Поступило сухих веществ I продукта Потери сухих веществ

глюкозного сиропа

хлористого натрия

256,37

0,04

0,02

—

Итого ...

256,37

0,06

256,31

15. Центрифугирование утфеля двойного соединения I продукта

1

2

Сухие вещества утфеля из Кристал- лизатора Сухих веществ I оттека, передаваемого в линию II продукта

256,31

77,35

—

№ пп.

Станции и продукты

Поступило, кг

Выведено, кг

Передано на следующую станцию, кг

3

Потери сухих веществ глюкозного сиропа

0,06

хлористого натрия

0,02

Сухие вещества кристаллического двойного соединения I продукта ..

256,31

77,43

178,88

1

2

16. Разложение двойного соединения I продукта

Кристаллы двойного соединения I про* дукта

178,88

Потери сухих веществ： глюкозного сиропа

0,03

хлористого натрия

—

0,15

Итого ...

178,88

0,18

178,70

1

17, Центрифугирование разложенного двойного соедииеиия

Сухие вещества утфеля разложенного двойного соединения

178,70

2

Оттек полученный при разложении .

—

85,52

—

3

Белая патока

—

10,41

4

Потери сухих веществ глюкозного сиропа

0,04

хлористого натрия

—

0,03

5

Сухие вещества кристаллической глюкозы после промывки водой ...

178,70

96,00

82,70

1

18. Сушка и рассев кристаллической глюкозы

Кристаллическая глюкоза с центрифуг

82,70

2

Потери сухих веществ кристаллической глюкозы

0,10

3

Отсеялось сухих веществ кристаллической глюкозы в виде крупки и пыли

8,25

4

Получено сухих веществ просеянной кристаллической глюкозы

82,70

8,35

74,35*

№ пп.

1

2

19. Вакуум-аппарат II продукта

Сухие вещества I оттека

Потери сухих веществ: глюкозного сиропа хлористого натрия

77,35

0,21

0,06

—

Итого ...

20. Кристаллизация двойного соединения II продукта

77,35

0,27

77,08

1

Поступило сухих веществ I оттека на кристаллизацию

77,08

—

—

2

Потери сухих веществ：

0,02 0,01

глюкозного сиропа

一

一

Итого ...

21. Центрифугирование утфеля двойного соединения II продукта

77,08

0,03

77,05

1

2

Сухие вещества утфеля II продукта из кристаллизатора• - •

Выведено из производства с истощенным оттеком (гидролом)

77,05

37,27

—

3

Потери сухих веществ глюкозного сиропа хлористого натрия . . • ；т• •

—

0,04 0,03

—

4

Передано двойного соединения U про- дукта в клеровку

77,05

J 37,34

39,71

Кристаллическая глюкоза содержит в качестве примеси

0,22% NaCL

Станции и продукты

Поступило, кг

Выведено, кг

Передано на следующую станцию, кг

K。…тВ。и каЗу器£：。縉霏鼠露^皿№。京ГМ3 _

На 100 кг безводного крахмала —

Продукты

余x巴

拒А 噫

纟5

Крахмальная суспензия

Вода для заливки барботера . . • •

Подкисленная крахмальная суспензия Осахаренный сироп перед выдуванием

24,80

28,14

23,77

22,86

1106,1

1143,0

1102,6

1100,2

98,70

100,00

0,65 100,65 110,37

403,23 18,00

2,12 423,4° 482,81

364,65

18,80

1,86 384,48 439,00

179

Продукты

•за хнхАа

SHHe^KdBH。。

8W/Z* cqJJOHbomJ

义 equHHaa，.一a3hEX0d90 口

На 1 00 кг безводногокрахмала

2* -EI ，工KHOdu вл®。3m offl 3HXK

-2М 'BIHAH

•odu uon

У -вн

•XKHO-I

3690

Объем этого сиропа при 145° С . . • Раствор соды . . . ♦ Сироп после нейтрализации Сироп после фильтрации с диатомитом Сироп жидкий после фильтрации .. Густой сироп после выпарки .... Вода, выпариваемая в выпарке . . • Клеровка, возвращаемая в производство дополнительно к продуктам, получаемым из 100 кг крахмала ..

Густой сироп после I фильтрации .. Поваренная соль, введенная в производство дополнительно для образования двойного соединения ....

Густой сироп после II фильтрации • • Сироп I продукта после контрольной фильтрации

Сироп I продукта после вакуум-аппарата

Вода, выпариваемая в вакуум-аппарате Утфель двойного соединения I продукта *

Сырые кристаллы двойного соединения I продукта

Вода, взятая на разложение двойного соединения

Утфельная масса после разложения . Непробеленная кристаллическая глюкоза

Оттек от разложения двойного соединения

Пробеленная кристаллическая глюкоза Вода для пробелки глюкозы .... Белая патока*

Сухая глюкоза после сушки ..... Сухая просеянная глюкоза Комки глюкозы и глюкозная п&ль • Вода, испаряемая в сушилке .... Первый оттек — зеленая патока ...

Уваренный первый оттек после вакуум-аппарата ...• •

Вода, выпариваемая в вакуум-аппарате Утфель после кристаллизации II продукта

Двойное соединение II продукта ... Истощенный оттек (гидрол)

,39 о о о о 8-03330 - 9 7- ,,,,,_ ,,-7 2 2 26 ~ 1 62 2 2 5 4 4

^'38,,00一 м' ^ '00^> ^^вд' - ^ 14814818282861468632864791919173^>

ю о о

0 0 5

3

8 8 6

48005 6

-4 к 石 5 3 - 9 6 -0709090927-

и li и" 11 1 11 ;

一一，躋

-ад '1-,2一225,0二二384,5465,0一

ООО5 5 5

8 8 8

9020

7 41

9 9

^ ж,да -30541541901001о ОО 194194194一'94|99-199'99，'99,[1 -99,100100100-80,80,一

ООО°5仇8 9 63 о4 3

о S 1 5 о8 6 8 10нюо о

о о о о 1 о425514一143019198898

462,10 10,61

449,60 441,60 438,80 150,1

289,4

1142,99 341,30 384,70

249,69 533,76 437,30

7,58 7,58 -

256,61 530,40 431,4

256 / 2 530,20 431,24

256,37 312,60 215,15

217,60

217,60

256,31

312,57

215,13

178,88 208,00

—166,40 166,40

178,70 382,01 280,30

93,11 108,30

2 ю 10 5 5 5

5 7 4 6 3 2 3旣冠吃之万，

266,17 232,83

96,17 —

10,13

10,13

21,82

17,81

90,28

81,26

9,01

5,89

5,89

77,08 92,87 63,40 —12,08 12,08

77,05

92,83

63,03

39,71

46,18

—

37,27

57,08

43,67

< РАЗДЕЛ ЧЕТВЕРТЫЙ

ОБОРУДОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВА КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙГЛЮКОЗЫ

Глава I

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГИДРОЛИЗА ПРОДУКТОВ В ГЛЮКОЗНОМПРОИЗВОДСТВЕ

В качестве основного оборудования для гидролиза применяются периодически действующие конверторы или непрерывно действующие осахариватели. Вспомогательным оборудованием являются мерники крахмальной суспензии и подкисленной воды, насосы для подачи продукта в непрерывно действующие осахариватели, нейтрализаторы.

Конверторы

Конверторы изготовляются из бронзы или медных листов.

На рис. 57 показан разрез бронзового конвертора Тамбовского завода химического машиностроения 《Комсомолец》. Емкость конвертора определяет его производительность.

Изменение емкости конвертора завода 《Комсомолец》в небольших пределах возможно за счет изменения числа цилиндрических обечаек (царг).

Ниже приведены емкости конвертора завода «Комсомолец» в зависимости от числа царг:

Число царгЕмкость конвертора,炉

3 3 2 23 3 2 27 6 5 47 6 5 4，5

3 3 2 2

3 3 2 2

7 6 5 4

7 6 5 4

,15

Дл>1 изготовления этих конверторов применяется бронза марки ОЦСМЗ-7-5-1, имеющая следующий состав (в %): олово 2,5—4,5; цинк 6,0—9,5; свинец 3,06—6,0; никель 0,5—1,5; медь марки М3 или М4 ——остальное.

Медные конверторы делаются обычно сварными или клепанными из листовой меди марки М3.

Опыт Верхнеднепровского крахмало-паточного комбината показал, что срок службы медных конверторов значительно ниже, чем бронзовых.

Так, медный конвертор глюкозного отделения этого комбината вышел из строя после 4 лет эксплуатации, тогда как бронзовые конверторы служат по 15 и более лет.

灯2 вода灯2 водавидно стрелке 4видно стрелке 4тт^70 клоёушке^70 клоёушке0"500"50тапанатапана”0 для манометра'”0 для манометра'ВентильВентильВентиль①д『8ВВентиль①д『8В^80 для пре- 初❾》ш»7威6的-^80 для пре- 初❾》ш»7威6的-^70 8ля кратмаль-斤020 молоко.、^70 8ля кратмаль-斤020 молоко.、Рхс. 57. Бронзовый конвертор.Рхс. 57. Бронзовый конвертор.Слой шеплзизоляииииз асбозурита.

灯2 вода

灯2 вода

видно стрелке 4

видно стрелке 4

т

т

^70 клоёушке

^70 клоёушке

0"50

0"50

тапана

тапана

”0 для манометра'

”0 для манометра'

Вентиль

Вентиль

Вентиль

①д『8В

Вентиль

①д『8В

^80 для пре- 初❾》ш»7威6的-

^80 для пре- 初❾》ш»7威6的-

^70 8ля кратмаль-

斤020 молоко.、

^70 8ля кратмаль-

斤020 молоко.、

Рхс. 57. Бронзовый конвертор.

Рхс. 57. Бронзовый конвертор.

^Z0 для пробного крана^Z0 для пробного кранаПродолжительность цикла конвертора зависит от давления» поддерживаемого в нем. Так, при избыточном давлении 2,5 ат цикл осахаривания крахмального молока занимает около 50 мин; при 3,0 ат ——35 附〃〃；при 3,5 ат—31 мин.

^Z0 для пробного крана

^Z0 для пробного крана

Производительность конвертора по глюкозе может быть определена по следующей формуле:

Q— -л т/сутки,

где V — полная емкость конвертора, ж3;

屮一коэффициент заполнения конвертора обычно 0,7;

у ——удельный вес крахмального молока;

Л—содержание абсолютно сухого крахмала в крахмальном молоке, поступающем на гидролиз, %;

К — выход товарной глюкозы из абсолютно сухого крахмала, поступающего в производство, %;

п—число циклов конвертора в сутки.

Для приближенных подсчетов

Q = 3,5V т/сутки.

Из сводной таблицы продуктового расчета (см, стр. 85) видно, что на 1 т товарной глюкозы получается около 3 т зеленой ьатокн. Приняв эту цифру для расчета конвертора для осахаривания зеленой патоки, определяем объем конвертора Узел

曝"=子林，⑴

где Q ——производительность завода по товарной глюкозе,

• т[сутки\

у ——удельный вес зеленой патоки. При плотности 35 °Бр, У=1,15;

屮 ——коэффициент заполнения конвертора, 2 = 0,7;

п——число циклов конвертора в сутки.

Продолжительность цикла конвертора при осахаривании °г-л24 • 60

зеленой патоки примерно 50 мин, тогда =29.

50

Подставляя эти величины в формулу (1), получим

и производительность конвертора для осахаривания зеленой патоки по товарной глюкозе Q = 7,8 Узел т1сутки.

Отсюда видно, что емкость конвертора для зеленой патоки должна быть примерно в 2 раза меньше, чем для основного продукта. Для заводов небольшой мощности обычно ставят одинаковые конверторы. Однако для заводов мощностью 25 т/сутки глюкозы и выше следует предусматривать разные конверторы.

При проектировании установки и монтаже конверторов необходимо предусмотреть, чтобы пробоотборник, вороток спуск-

ного вентиля, вентиль для подачи пара при необходимости ? имели удлиненные штоки и были расположены на удобной для '； обслуживания высоте, т. е., чтобы для пользования этима| вентилями не приходилось бы наклоняться, влезать на конвертор или специальную скамейку и т. д.

Неудачное расположение вентилей утомляет конверторщика, снижает его ^производительность и может привести к ожогам и другим травмам.

Расход тепла на осахаривание крахмальной суспензии складывается из расхода тепла на подогрев крахмального молока до температуры гидролиза, расхода на клейстеризацию и гидролиз.

Расход тепла на клейстеризацию составляет 36,75 ккал, на гидролиз ——30 ккал на 1 кг абсолютно сухого крахмала.

Расход пара на осахаривание можно определить по тепловому балансу конвертора.

Для расчета введем следующие обозначения:'

go — количество исходного крахмального молока на 1 т готовой глюкозы, кг/т;产

a力介Сa力介С—то же готового сиропа, кг/т;

a力介С

a力介С

—■ начальная температура исходного молока, ℃;

—температура сиропа в конверторе, ℃;

—теплоемкость молока и сиропа, ккал] (кг • град) (пренебрегаем изменением теплоемкости за счет концентрации и температуры, так как это изменение незначительно);

до ——количество тепла в исходном молоке на 1 т глюкозу ккал/т;

91 —то же в готовом сиропе, ктш//т;

4нл——расход тепла на клейстеризацию крахмала на 1 у глюкозы, ккал/т;

9гид —т。же на гидролиз, ккал/т；

d'ocT—теоретический расход острого пара на 1 т глюкозье (без учета потерь), кг/т;

docT ——фактический расход острого пара на 1 т глюкозы, кг/т;

/ост —энтальпия острого -пара, ккал/кг.

Потери тепла в целом по конвертору в результате конвекции, излучения и при выдувании сиропа можно ориентировочно принять в пределах 10% от общего расхода пара. При этом

d°CT = 1 , ld℃T И

J docT

OCT —

1,1

Пользуясь принятыми потерь приход и расход глюкозы

обозначениями,

тепла

в целом

определим без учетапо конвертору на 1 г

Приход тепла

0о, ккал/ш с исходным

, молоком

4)ст 'ост, ккал!ш с острымпаром

Расход тепла

41, ккал]nt с готовым сиропомднл, ккал/т на клейстеризацию^гидг ккал/tn на гидролиз

Математически

баланс тепла записывается в виде равен-

ства прихода и расхода, т. е.

% + dgT・ i℃T =内十 4к〃 + %m

⑵

но

Количествоколичеств

q0 = go^oc н 弘=g№.

ГОТ°иой cySH^1 ГфаТтичеКГ™ботировУан-

ного в

нее острого пара

—docT, т. е.

g] = go + d℃T・ При этом 弘=(go 十 d℃T)f£.

Подставляя в уравнение ⑵ значения 九⑺ q。и G，ПОЛУЧИМ

(g0 + dg J &С + ^кд 十 ％н灯

решая это уравнение относительно d℃T и приведя подобные члены, получим

1,1 [goC (力一/о) + 0кл+ 9гн“1_ кг/m.

%т= IocT-l,ihC

(3)

Теплоемкость-суспензии можно определить по формуле.

С

0,03017。+(10吐生 ккал/(кг-град),

где а — концентрация Если принять, что

100、、

абсолютно сухого крахмала, %.

на 1 т глюкозы расходуется 1220 кг абсо-

лютно сухого крахмала

и а = 22%, т。

统Г乌产=555。心

о _3017 • 22 + (100 —221 =。册 ккал^кг-град},

С= юо

Примем также, что %=45°С,九=145℃ и что для конвертора используется перегретый пар рост = 5,5 ат, fOCi = 200 °C, /ост = 683 ккал/кг (пар из отбора турбин).

Подставив эти величины в формулу (3) и произведя вычисления, получим, что

dos = 1110 кг/т.

По опытным данным расход -пара на гидролиз зеленой патоки составляет 420 ка на 1 т глюкозы.

Аппараты для непрерывного гидролиза

сколькосколькоДля непрерывного гидролиза крахмала разработано не- аппаратов различной производительности, отличающихся один от другого по принципу подогрева и клейстери- зации крахмала.

сколько

сколько

Так, имеются непрерывные осахариватели нагрев и клей- стеризация суспензии, в которых осуществляется в поверхностных теплообменниках. Применяются аппараты, в которых нагревание и клейстеризация суспензии ведутся барботированием пара непосредственно в продукт, как и в конверторе. Последний способ применим только в производстве глюкозы, так как здесь используется крахмальная суспензия низкой концентра' пии и некоторое разбавление ее конденсатом пара, учтенное при выборе плотности, вполне допустимо. При выработке патоки применяют поверхностный подогрев, так как при этом сокращается расход пара на выпаривание сиропов.

Во многих непрерывных осахаривателях применяется предварительный подогрев крахмального молока в поверхностные подогревателях вторичным паром, образующимся в результате самоиспарения сиропа, выходящего из непрерывного осахари- вателя.

На стр. 48 приведена принципиальная схема непрерывного осахаривателя для глюкозного производства, конструкция которого разработана Северо-Кавказским филиалом ВНИИК [1]^

Аппарат -примерно такого же типа, изготовленный Тамбовским заводом химического машиностроения «Комсомолец», успешно эксплуатируется на глюкозном заводе Бесланского маисового комбината.

Для осахаривателя применен мембранный насос типа СМ-745 могилевского завода 《Стромматпнна》，причем чугунная клапанная коробка заменена бронзовой.

Техническая характеристика насоса СМ-745

Число поршней2

Число ходов поршня, мин38

Производительность, ж3/^§

Давление (избыточное), ат** .〔5

Мощность электродвигателя, кет4，5

Фактически оказалось, что насос подает до 8 м3/ч

Кроме насоса СМ-745, для осахаривателей можно применять насос 2ПМ 8/15 Лебедянского машиностроительного завода Липецкой области.

Техническая характеристнка насоса 2ПМ 8/15

Число поршней 2

Число ходов поршня, м51

Производительность,炉儿8

Давление (избыточное), ат15

Мощность электродвигателя, кет7

Для использования этого насоса на кислых ^продуктах необходимо заменить чугунную клапанную коробку бронзовой.

Нагреватели осахаривателя представляют собой 4-ходовые решоферы. Скоммуникованы подогреватели таким образом, что могут работать параллельно или каждый отдельно или оба последовательно. Трубки подогревателей медные, трубные решетки и крышки ——бронзовые, корпус сделан из стальной трубы. '

Нагреватель-смеситель изображен на рис. 58. Продукт входит в аппарат по касательной и, вращаясь, проходит к выходному штуцеру внизу. Пар подается в центральную перфорированную трубу. Струи пара проходят через отверстия в этой трубе и равномерно нагревают продукт.

Кроме нагревателя такого типа, Северо-Кавказским филиалом ВНИИКа разработан нагреватель, названный клейстери- затором, где крахмальная суспензия вливается мелкими струйками в клейстер с высокой температурой и клейстеризуется мгновенно, чем достигается большая равномерность клейстери- зации. Клейстеризатор такой конструкции изображен на рис. 59.

Крахмальная суспензия поступает по центральной трубе и через отверстия в ней с большой скоростью проникает в толщу горячего клейстера. Пар в клейстеризатор подводится *по 4 трубам, расположенным по его периферии, и попадает в продукт через отверстия. Высокая кинетическая энергия пара и крахмальной суспензии, поступающей в аппарат, обеспечивает хорошее перемешивание массы.

Нагретый до температуры гидролиза продукт поступает в зону осахаривания, состоящую из нескольких последовательно соединенных медных труб. Емкость зоны осахаривания рассчитывается на 30-минутное пребывание в ней продукта и определяет общую длину труб при данном диаметре. Для регулирования производительности часть труб может быть отключена.

Из зоны осахаривания продукт поступает в непрерывно действующий нейтрализатор, в который содовый раствор заса-

Пройдя нейтрализатор,Пройдя нейтрализатор,сывается по принципу эжекции. Такой нейтрализатор изображен на рис. 60.у р 叩

Пройдя нейтрализатор,

Пройдя нейтрализатор,

продукт по касательной поступает в испаритель. Вторичный пар отсасывается из испарителя благодаря разрежению, создаваемому водоструйным насосом (или вакуум-насосом другого типа) через трубчатые подогреватели.

Рис. 58. Нагреватель-смеситель.Рис. 58. Нагреватель-смеситель.Рис. 59. Клейстерйзатор.Рис. 59. Клейстерйзатор.

Рис. 58. Нагреватель-смеситель.

Рис. 58. Нагреватель-смеситель.

Рис. 59. Клейстерйзатор.

Рис. 59. Клейстерйзатор.

Тепловой расчет непрерывного осахаривателя можно выполнить, составив баланс тепла, как это было сделано и для расчета конвертора. Поскольку расчет в данном случае более сложен, сначала определим его последовательность.

1. Составляется

которую

наносятся

расчетно-тетловая схема все известные величины,

осахаривателя, на а также принятые

обозначения.

Результаты всех расчетов получения.

Ориентировочно определяется снижение температуры продукта в осахаривающей, зоне в результате расхода тепла на гидролиз и потерь, рассчитывается коэффициент са- моиспарения в испарителе.

Определяется расход острого пара исходя из баланса тепла в целом по оса- харивателю.

Определяется количество образующегося вторичного пара.

Рассчитывается нужная поверхность нагрева поверхностного подогревателя и определяется температура продукта после него.

Высчитываются плотности продукта по зонам осаха- ривателя.

Производится контрольная проверка принятого температурного режима по осаха- ривателю. Если расхождения незначительны, тепловой расчет можно считать законченным. При больших расхождв' ниях (более 2%) расчет повторяется с корректировкой в нужном направлении предварительно принятых величин.

наносятся на

схему по мере их

Рис 60. Эжекционный нейтрализатор.

Тепловой расчет

I. Расчет ведется на 1 т готовой глюкозы. Введем следующие обозначения, причем индексы у букв будут обозначать, что данная величина относится к соответствующему месту расчетной схемы, как это указано на рис. 61.

gi — количество продукта на 1 т глюкозы, кг/т;

di ―содержание абсолютно сухого крахмала в продукте, %;

ti ——температура продукта, ℃;

С ― теплоемкость продукта, ккал/(кг • град);

qi — количество тепла в продукте, ккал";

9к—расход тепла на клейстеризацию, ккал/г,

^гид — то же на гидролиз, ккал/т;

4ст—теоретический расход острого пара без учета потерь, кг/т;

у ^конд^85°С

Рнс. 61. Расчетно-тепловая схема непрерывного осахаривателя.

&ст — фактический расход острого пара, ка/т, причем dOcT = = 1,1 d%cT；

々ост — давление острого пара, ат;

Акт—температура острого яара, ℃;

/ост—энтальпия острого пара, ккал/кг;

厶丁一 количество образовавшегося вторичного пара, кг/т;

Рвт — давление вторичного пара в испарителе, qt；

%—температура вторичного пара, ℃;•

/вт ——энтальпия вторичного пара, ккал/кг]

gc ——расход содового раствора на нейтрализацию, кг/т;

В ——коэффициент самоиспарения в испарителе;

才конл ——температура конденсата вторичного пара, ℃.

На основании- работ Северо-Кавказского филиала ВНИИКа (С. Ф. Кравченко) и опыта эксплуатации непрерывного осахаривателя в глюкозном цехе Бесланского комбината принимаем： 厶=45°C, <2=145°C, /Ъст = 5,5s, %ст = 200°С, /ОСТ = 683 ккал/кг (перегретый пар из отбора турбин), 〃一22%, рвт = 0,71 ат и соответственно fBT = 90℃,，вт = 635 ккал/кг, f4 = 92℃, ^Конд=：85℃.

Кроме того, принимаем, что расход абсолютно сухого крахмала на I т глюкозы составляет 1220 к? (выход глюкозы по абсолютно сухому крахмалу 82%).

При этомПри этомg。g。1220•100221220•10022=5550 кг/m.=5550 кг/m.

При этом

При этом

g。

g。

1220•100

22

1220•100

22

=5550 кг/m.

=5550 кг/m.

100 кг/т глюкозы100 кг/т глюкозыРасход 10%-кого содового раствора -принимаем равным (по данным продуктового расчета). Все обозначения, принятые и рассчитанные величины наносим на рас

100 кг/т глюкозы

100 кг/т глюкозы

четную схему (рис. 61).

Рис. 62. Приход и расход тепла по непрерывному осахаривателю.Рис. 62. Приход и расход тепла по непрерывному осахаривателю.Для предварительного определения снижения температура в зоне осахаривания в результате расхода тепла на гидролиз и потерь примем, что до зоны осахаривания весь крахмал клейстеризовался и 50% гидролизовалось. Примем также, что ввиду развитой поверхности

Рис. 62. Приход и расход тепла по непрерывному осахаривателю.

Рис. 62. Приход и расход тепла по непрерывному осахаривателю.

зоны гидролиза и длительности процесса потери тепла в результате конвекции и излучения составят 5% от введенного в зону, и, наконец, что от подачи более холодного содового раствора температура продукта не изменится, так как реакция нейтрализации —— экзотермическая.

Предварительно оценим плотность продукта после барботирования в него пара 的=

,содержащееся в 1 кг составит:,содержащееся в 1 кг составит:= 20%.

,содержащееся в 1 кг составит:

,содержащееся в 1 кг составит:

При этих условиях количество тепла продукта у входа в зону осахаривания,

1С%= 1・0,85・145= 123 ккал/кг.

а потери тепла 123-5 с , о ккал/кг, 100

При 〃2 = 20% в 1 кг продукта содержится 0,2 кг крахмала.. При наших условиях расход тепла в зоне осахаривания за счет аккумулированного тепла составит:

0,2-30-50&

—=3 ккал/кг.

100

Содержание тепла в продукте перед испарителем снизится： на 6 + 3 = 9 ккал/кг,

а температура продукта до %, причем

% =卫二9 = 134℃.

31・о,85

Определив температуру сиропа перед испарителем, можно рассчитать коэффициент самоиспарения 0 (за счет разницы между температурой сиропа, поступающего в испаритель, и температурой кипения в испарителе). Коэффициент самоиспарения может быть определен -по формуле

£3 —1&»ВТ 一 ^4£3 —1&»ВТ 一 ^4

£3 —1&

»ВТ 一 ^4

£3 —1&

»ВТ 一 ^4

Подставляя сюда численные значения, получим:

134 — 92635 —92 一134 — 92635 —92 一0,0774.0,0774.

134 — 92

635 —92 一

134 — 92

635 —92 一

0,0774.

0,0774.

Имея теперь эти исходные данные, запишем в двух столбцах приход и расход тепла по осахаривателю в целом, без учета потерь

Приход тепла

Расход тепла

1) с исходным молоком д(), ккал/т\

1) с готовым сиропом %, ккал!т\

2) с острым паром

2) с конденсатом вторично

◎ост^ост, кка几 1 т.

го пара dBT Еконд, ккал[т\

3) на гидролиз и клейстери- зацию

9к, ккал/т

д“ ккал!т.

Для наглядности приход и расход тепла изображен на рис. 62.

Баланс тепла *по осахаривателю можно записать в виде уравнения:

% + docT’ocT = 04 + 9к + Яг 十 ^вт^конд*

Используя принятые обозначения и величины, можно записать:

% + 厶；£厂 内 + 9к + 仇 + ^вЛонд(4)

и% = gQtQC ккал/tn.，

Количество вторичного пара можно определить с помощью коэффициента самоиспарения 0.

~вт = g3pC К2/Ш.(5)

Тепло, уходящее с готовым продуктом

q& = gJ《C ккал/т.

но так какно так как

но так как

но так как

g4 = g3 —dBT=g3(l —Ср) кг/m,

то

内=g3(1 — Ср) Q4 ккал/т.

Подставим теперь эти величины в балансовое уравнение (4)

g山с + 鲁 i℃T = g3 (1 — Ю а + <7к + % + ^зраконд.

или, вынося за скобку g3 С, получим

g^C + -^f^ = g3C [(1 - PQ f4 + ^к0Нд] + Я.+Яг- (6)

Количество продукта перед испарителем g3 можно выразить как сумму исходного продукта go, барботированного в него пара 〃ст и содового раствора gc, т. е.

g3 = g0 + d℃T + gc «г/m.(7)

Подставив это выражение в уравнение (6), получим:

go%C + "YY Jct = С (go + doCT + gc) [(1 — P6 £4 + Мконд] + % ++ qr ккал/т.

Рассматривая это уравнение, не трудно заметить, что в нем имеется только одно неизвестное ——d^cT.

Решив уравнение относительно ^Ост, подставив известные величины и произведя вычисления, получим, что для данного случая

или

dos = 580 кг/m.

Количество вторичного пара определяем из уравнения (5) dBT=g3 0C ка/т. Заменяя ^3 его значением из равенства (7), ■получим:

^вт = (go + doer + gc) К К2/九

Подставляя известные величины и произведя вычисления, получим：

~вт = 410 кг/m.“

Для определения температуры нагрева продукта в поверхностном подогревателе составим баланс тепла по этому участку.

1931937 Е. Я. Жарова и др.

193

193

Приход теплас продуктом go tQ Ct ккал//п;со вторичным паром, учитывая, что 10% его тепла будет потеряно в трубаировода? II подогревателе 0,9 dBT 厶丁 ккал/гп.Приход теплас продуктом go tQ Ct ккал//п;со вторичным паром, учитывая, что 10% его тепла будет потеряно в трубаировода? II подогревателе 0,9 dBT 厶丁 ккал/гп.Расход теплас продуктрм go 4 С, ккал/т;с конденсатом вторичного пара dBT /конд, ккал/т;на кдейстеризацию, принимая, что в подогревателе клейстеризуется 100% крахмдла 1220-36,75 = 44850 ккал//п;на гидролиз, принимая, что в подогревателе гидролизу^ ется 10% крахмал? 1220-0, IX ХЗО = 3660 ккал/т.Расход теплас продуктрм go 4 С, ккал/т;с конденсатом вторичного пара dBT /конд, ккал/т;на кдейстеризацию, принимая, что в подогревателе клейстеризуется 100% крахмдла 1220-36,75 = 44850 ккал//п;на гидролиз, принимая, что в подогревателе гидролизу^ ется 10% крахмал? 1220-0, IX ХЗО = 3660 ккал/т.

Приход тепла

с продуктом go tQ Ct ккал//п;

со вторичным паром, учитывая, что 10% его тепла будет потеряно в трубаировода? II подогревателе 0,9 dBT 厶丁 ккал/гп.

Приход тепла

с продуктом go tQ Ct ккал//п;

со вторичным паром, учитывая, что 10% его тепла будет потеряно в трубаировода? II подогревателе 0,9 dBT 厶丁 ккал/гп.

Расход тепла

с продуктрм go 4 С, ккал/т;

с конденсатом вторичного пара dBT /конд, ккал/т;

на кдейстеризацию, принимая, что в подогревателе клейстеризуется 100% крахмдла 1220-36,75 = 44850 ккал//п;

на гидролиз, принимая, что в подогревателе гидролизу^ ется 10% крахмал? 1220-0, IX ХЗО = 3660 ккал/т.

Расход тепла

с продуктрм go 4 С, ккал/т;

с конденсатом вторичного пара dBT /конд, ккал/т;

на кдейстеризацию, принимая, что в подогревателе клейстеризуется 100% крахмдла 1220-36,75 = 44850 ккал//п;

на гидролиз, принимая, что в подогревателе гидролизу^ ется 10% крахмал? 1220-0, IX ХЗО = 3660 ккал/т.

Представим баланс тепла в виде уравнения:

^о^ + 0,9dBTzBT — ^о^ + ^в/конд + 44850 + 3660.

В этом уравнении только одно неизвестное ——力.Решая уравнение относительно 厶 и произведя вычисления, получим:

/х - 77℃.

Принимая *по опытным данным Северо-Кавказского филиала ВНИИКа, что коэффициент теплопередачи для данного поверхностного нагревателя составляет 350 ккал/(л12 • ч • град), определим необходимую поверхность нагрева с помощью известной формулы теплообмена

AgAg

Ag

Ag

где Q——количество передаваемого тепла, ккал/т;

А/ ―> среднелогарифмическая разность температур теплоносителей;

К―'коэффициент теплопередачи, ккал/(м2-ч-град);

т — время на выработку 1 т глюкозы, я.

Для нашего случая Q = 0,9dBT(iBT — /нонд) ккал/т, или

Q = 0,9 • 410 (635—85) - 203 000 ккал/т.

Как известно,

А/ А/ Аб 2»ГАб 2»Г

А/

А/

Аб 2»Г

Аб 2»Г

В данном случае, когда движение суспензии и пара нельзя считать противотоком

Аб — /вт — /0 = 90 — 45 K 45℃,

△加 ~ /конд —匕=85 — 77 = 8℃.

Произведя вычисления, получим, что А/=25℃

Подставив Q, А/ 耳 К 耳 формулу теплообмена, получим；

203 00025•350т203 00025•350т—包-题2/加.—包-题2/加.

203 000

25•350т

203 000

25•350т

—包-题2/加.

—包-题2/加.

Плотность продукта после подогрева открытым паром:

12纠•1。。=咏mgfgo + 4ст 6130'

Полученная величина отличается от условно принятой цсе- FQ на 0,5%.

Плотность готового продукта:

1220-100122 000 nl Л/

g3—盡丁 6230 — 410

Для проверки выполненного расчета вычислим температуру продукта после подогрева острым *паром, т. е. температуру 方2, по полученному расходу острого пара и другим величинам. Для этого составляем баланс тепла по подогревателю:

Приход теплаРасход т<епла

с продуктом go h С, 1) с продуктом (go + docT) ккал/т;С %, ккал/т}

с острым паром d0CT гост, 2) на гидролвз 40% крах- ккал/тмала 1220・0,4・30 = 14600

ккал/т.

Приравнивая приход расходу, получим:

g(/£ -|- ^ОСТ^ОСТ = (go + d°cT)C^2 + 14 600.

Решив уравнение относительно /2, 'подставив полученные величины и произведя вычисления, получим:

%= 143℃.

Поскольку эта величина всего на 1,4% отличается от заданной температуры, расчет можйо считать законченным.

Для расчета конвертора и непрерывного осахарива.теля были взяты одинаковые исходные данные ——плотность молрка, температура, расход крахмала, параметры острого пара и лр.

Сравнивая теперь расход острого пара на эти аппараты, ь^ы видим, что расход на непрерывный осахариватель состацляет только 52% от расхода на конвертор, т. е. практически, в 2 раза меньше.

Примерно такие же результаты получаются и при цр冲躁е・ нии осахаривателей только с поверхностными подогревателдми. Расход пара там несколько выше вследствие вывода т^пла, с конденсатом острого 'пара, но зато конденсат возвращается в

котельную. Таким образом, расход тепла получается практически одинаковым.

И все же поверхностному подогреву следует отдать предпочтение, поскольку при барботировании пара в продукт в котлы нужно добавлять такое же количество свежей воды, тогда как при поверхностном подогреве конденсат острого пара возвращается на питание котлов. Это обстоятельство особенно будет сказываться на глюкозных заводах и там, где глюкозные цеха имеют сравнительно большую мощность.

Для расчета элементов осахаривателя по производительности С. Ф. Кравченко рекомендует следующие исходные данные [1]:

скорость продукта в трубках подогревателя, в продуктовых трубах и штуцерах оборудования принимается около 0,5 м〕сек, в отверстиях клейстеризатора ——4,0 м/сек;

емкость осахаривающей части рассчитывается на пребывание продукта в ней в течение 30 мин. Обычно для осахаривающей части применяются медные трубы диаметром 310/5 мм.

Скорость острого пара в трубопроводах 25 м/сек, в отверстиях барботера 80 м/сек\ скорость вторичного пара в трубопроводах 35 м/сек.

Объем испарителя вычисляется по формуле:

V — дК,

где V — объем парового пространства, 川；

侬——количество испаряемой влаги, ка/%

Y ——удельный объем пара при давлении в испарителе (при Рвт = 0,71, у = 2,36 дР/ка).

К=1,2 коэффициент неравномерности.

Глава III

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ВЫПАРИВАНИЯ СИРОПОВ

Выпарки и вакуум-аппараты

В настоящее время вьшарки и вакуум-аппараты на заводах крахмало-паточной промышленности комплектуются преимущественно из аппаратов типа ВВ тамбовского завода химического мащ^ндстроения «Комсомолец》.

По^кдльку при нагревании сиропов до кипения при атмосферном давлении, и тем более при давлении выше атмосфер- Horo,$HRQ吟 темнеют, выпаривание сиропов в глюкозном производстве проводится под разрежением во всех корпусах вы- парки. Ё связи с этим возможно использование выпарок не более «Гбм^с.трем* 击 орпусамн.

ЗавоП 《Комсомолец》поставляет на заводы отдельные вы-

Рис. 63. Вертикальный выпарной аппарат типа ВВ: / — корпус греющей камеры; 2 — греющие трубки； 3 — центральная циркуляционная труба; 4 — сепаратор; 6 — брызгоотде-Рис. 63. Вертикальный выпарной аппарат типа ВВ: / — корпус греющей камеры; 2 — греющие трубки； 3 — центральная циркуляционная труба; 4 — сепаратор; 6 — брызгоотде-парные аппараты. Комплектование аппаратов в выпарки производится на месте установки. На рис. 63 представлен вертикальный выпарной аппарат типа ВВ.

Рис. 63. Вертикальный выпарной аппарат типа ВВ: / — корпус греющей камеры; 2 — греющие трубки； 3 — центральная циркуляционная труба; 4 — сепаратор; 6 — брызгоотде-

Рис. 63. Вертикальный выпарной аппарат типа ВВ: / — корпус греющей камеры; 2 — греющие трубки； 3 — центральная циркуляционная труба; 4 — сепаратор; 6 — брызгоотде-

Корпус выпарки и поверхность нагрева для паточного и глюкозного производства должны быть изготовлены из нержавеющей стали Х18Н9Т.

Аппараты ВВ изготавливаются для работы при атмосферном давлении (давление упаривания Ру=1 ат) и под разрежением (ру до 0,14 ат).

В первом случае надсоковое пространство делается относительно небольшим. Во втором ——учитывается возможность бурного вскипания и пе- нения растворов при высоких скоростях движения паро-жидкостной смеси в трубках и надсоковое пространство увеличивается.

Поскольку все выпарки и вакуум- аппараты в глюкозном производстве работают под разрежением, заказывать нужно аппараты второго типа, для работы при ру=0,14 ат.

Для поверхности нагрева аппаратов ВВ применяются трубки с наружным диаметром 38 и 57 мм.

Для выпарок предпочтительнее применять трубки диаметром 38 мм, так как это обеспечивает более высокие скорости движения паро-жидкостной смеси в поверхности нагрева и, следовательно, худшие условия для образования накипи.

Для вакуум-аппаратов следует применять трубки диаметром 57 мм, учитывая, что продукт в вакуум-аппаратах значительно более вязкий, чем в выпарках.

Основные размеры аппаратов типа ВВ, работающих под разрежением, с греющими трубками диаметром 38 мм приведены в табл. 32 и диаметром 57 мм ——в табл. 33. “

Опыт эксплуатации трехкорпусной выпарки, составленной из аппаратов ВВ с -поверхностью нагрева по 50 л!2 и с соковым пространством, рассчитанным на работу под разрежением (Ярославский паточный комбинат), показал, что высота надсокового пространства в 2400 мм все же недостаточна, в результате чего были значительные потери сиропа с соковыми кон-

я о

6^

Сепаратор (надсоковое пространство)

工2

義 諄

§

25

27

35

600

800

600

800

2400

0,7

1,2

194

273

3600

2000

75

146

50

61

53

1000

8С

1000

2400

1,2

1,9

273

351

3500

2000

146

240

100

95

1000

1200

2400

2,7

351

3500

240

150'

162

152

1200

1400

1600

1600

2400

4,8

4,8

426

450

3500

2500

386

512

Таблица 33

Сепаратор (надсоковое пространство}

Е Н W 善 ogS ХеС

®蜉

^ и и

謔^

S'?

W

震

g g 1

Дм 3

口09

爺

II

25

22

28

600

800

600

800

2400

0,7

,2

194

273

3500

2500

29

64

50

65

55

1000

1200

1000

1200

2400

1,9

2,7

351

426

3500

2000

102

152

100

95

1200

1200

2400

2,7

426

3500

152

150

140

145

1400

1600

1600

1600

2400

4,8

4,8

450

500

3500

2500

226

318

денсатами и барометрической водой. Для уменьшения потерь Ярославский паточный комбинат увеличил надсоковое пространство аппаратов до 4100 мм, вставив дополнительную царгу высотой 1,7 м [2].

Кроме этого мероприятия, во всех случаях комплектования выпарки рекомендуется между корпусами и после ill корпуса ставить ловушки большой емкости, обеспечивающие значительное снижение скорости продвижения сокового пара.

Выпарки рекомендуется устанавливать на верхних этажах здания, чтобы обеспечить естественный сток соковых конденсатов. Принимая во внимание, что давление сокового пара II корпуса обычно бывает около 0,5 ат, минимальная высота конденсатного штуцера III корпуса над поверхностью конденсата в сборнике должна быть не менее 5 м.

Применение насосов для принудительного откачивания конденсата непосредственно из поверхностей нагрева нежелательно, так как вызывает осложнения в эксплуатации выпарок.

Завод 《Комсомолец》выпускает для крахмало-паточных заводов аппараты типа ВВ, несколько отличающиеся от нормали Главхиммаша. Днища аппаратов завода «Комсомолец», как правило, делаются не коническими, а коробковыми, длина греющих трубок обычно не превышает 2 м, а получение нужной поверхности нагрева обеспечивается при этом благодаря использованию корпусов большего диаметра. Так, выпарка паточного завода Бесланского маисового комбината скомплектована из аппаратов диаметром 1600 мм (т. е. как аппараты с поверхностью нагрева 150 м2), но с длиной трубок 1500 мм, поэтому площадь поверхности нагрева составляет только 87 м2.

Выпарка глюкозного цеха того же комбината составлена из аналогичных аппаратов, но с площадью нагрева 24 м2.

Общий вид такого аппарата завода《Комсомолец» приведен на рис. 64.

Поскольку в глюкозном производстве применяются сравнительно небольшие выпарки, тепловые расчеты их допустимо производить по упрощенным способам [3 и 4].

В связи с невысокой температурой сокового пара III корпуса, отбор сокового пара предусматривается только из I и II корпусов. Соковый пар I корпуса может быть использован для подогрева сиропа в первом решофере перед выпаркой, для подогрева сиропа после выпарки и т. д. Соковый пар II корпуса используется для подогрева воды и на прочие нужды завода.

Так как у аппаратов ВВ высота столба жидкости больше, чем у аппаратов Зарембо и других, гидростатическую депрессию следует принимать несколько большей, чем это рекомендуется в руководствах по крахмало-паточному производству [4 и 5].

Примерная величина депрессий для аппаратов ВВ приведена в табл. 34.

Для упрощенного расчета выпарных установок делаются следующие допущения:

коэффициент испарения во всех корпусах принимается равным единице, г. е. 1 кг грёющего пара испаряет 1 кг воды (фактически 0,92—0,98 кг/кг);

произведения коэффициентов самоиспарения ввиду незначительности этой величины принимаются равными нулю;

икни

§

4

-L^teM.臨 rJ'ih 血另 цказателя 巾T " уровня Продук^ Упоре父bin сироп

^теля ：

Вход пара

■Уровень сиропа (дла 6акуую1 - аппарата 丿

Для нпнопетри 〃 термопетра.

-Для указателя уробня

Рис. 64. Вакуум-аппарат с поверхностью нагрева 24 餡 изготовленный тамбовским заводом

химического

«Комсомолец».

машиностроения

Наименование депрессий

Корпуса выпарки

Всего

I

II

III

Физико-химическая

0,8

1,0

1,1

2,9

Гидростатическая

1,7

3,0

5,4

10,1

Гидродинамическая (при переходе в следующий корпус)

1,0

1,0

2.0

Итого ...

3,5

5,0

6,5

15,0

расчет производится без учета тепловых потерь и теплоты концентрирования раствора.

Порядок расчета выпарной установки следующий.

Составляется схема выпарной установки. На схему но мере получения наносятся результаты расчета.

Производится продуктовый расчет, при котором опреде- ляются количество выпариваемой воды в час и на 1 кг поступающего сиропа и др.

По опытным данным подбирается температурный режим выпаривания.

Примерный режим для трехкорпусной выпарки глюкозного производства приведен в табл. 35.

Коэффициенты теплопередачи приняты средние между полученными при работе на чистой и загрязненной поверхности нагрева во время испытания выпарки глюкозного цеха Бесланского маисового комбината [6].

По данным принятого режима определяются коэффициенты самоиспарения по корпусам.

Рассчитывается расход тепла в результате отбора сокового пара из I и II корпусов; определяется теплоемкость продуктов.

Устанавливается расход греющегр пара на I корпус.

Рассчитывается количество выпариваемой влаги *по корпусам.

Определяются плотности сиропа по корпусам.

Рассчитываются поверхности нагрева корпусов.о

Если выпарка должна состоять из корпусов с одинаковой поверхностью нагрева, то количество выпариваемой на всей установке воды распределяется по корпусам из условия, что

Qi —— Qs

AfiKiAf2K2А£зКз

Ьоказатели

Обозначение

Размерность

Корпуса выпаркн

I

и

III

Температура греющего пара

℃

НО

93,5

77

Теплосодержание греющего

пара

ккал/кг

642,8

636,3

629,3

Температура кипения си-

* ропа

℃

97

82

60

Температурная депрессия .

℃

2,5

4,0

6,5

Температура сокового пара

.℃

94,5

78

53,5

Теплосодержание сокового

пара

ккал/кг

637,0

630,5

620,5

Скрытая теплота парообра-

зования сокового пара .,

ккал/кг

542,3

552,5

567,0

Гидродинамическая депрес-

сия при переходе в еле-

дующий корпус

4

℃

1

1

Полезная разность темпера-

тур

м

℃

13

11,5

17

К оэффициент те пл опер едачи

к

ккал/(м2 • мин • град)

兜

21,5

8

Прсле этого определяются необходимые отборы сокового пара по корпусам. Далее расчет ведется, как указано выше, причем если поверхности нагрева корпусов получаются -почти одинаковыми, то расчет можно считать законченным. Если же поверхности нагрева отличаются одна от другой более чем на 5%, расчет повторяют, уточняя количество отбираемого пара, выпариваемой влаги по корпусам и температурные режимы.

Для расчетных формул введем следующие обозначения, причем индекс 0 указывает на начальное состояние, а индексы 1, 2, 3 ——на состояние, отнесенное 宜 I, II или III корпусам выпарки：

&；&；&2；仪3 — содержание сухих веществ в сиропе, %;

Со — удельная теплоемкость сиропа, ккал/(кг-град);

^о； ^i； ^2； ^з 一 температура кипения сиропа, ℃;

i；；»；;i； — теплосодержание греющего пара, ккал]кг;

»；；力/ ^з 一 теплосодержание сокового пара, ккалJкг；

看；％； 4 ~ температура греющего пара, ℃;

才;；弓；4 —температура сокового *пара, ℃;

W ——количество выпариваемой воды на всей выпарной установке, кг/ч;

w—количество выпариваемой воды на всей выпарке на 1 кг жидкого сиропа, кг/кг;

йц;初2； W3——то же по корпусам выпарки, кг/кг;

d；—расход греющего пара на 1 кг жидкого сиропа, кг/кг;

ей Eg —пароотборы из I и II корпусов на 1 кг жидкого си- ропа, кг/кг;

Pi； ₽2； Вз — коэффициенты самоиспарения;

fi — скрытая теплота парообразования вторичного пара, ккал®

А/г — полезная разность температур в корпусе, ℃;

К; — коэффициент теплопередачи, ккал/（м2-ч^град）.

Теплоемкость сиропа определяется по формуле:

Ci —— “' ккал/（кг • град）.

Коэффициенты сймоиспарения определяются по формуле:

При принятых допущениях формула расхода греющего пара на I корпус будет иметь следующий вид：

d = 产 一& （361 + 2。2 +。3）+單（2 一。3）+ g2 *2/位

3 — 2^2 —2рз•

Количества выпариваемой влаги по корпусам:

ИУ1 — di + Cggi кг/кг,

如2 = di （1 —阳）+ С（Л — G К牙К2，

S = di （1 — 02 — 203）+ & （Pl + 02 + Зз） — S（1 —。3）— е2 К2/К2.

Содержание сухих веществ в сиропе по корпусам определяется по формуле:

& = -— -■ %.

一（收十... +色）

Поверхность нагрева Корпусов выпарки определяется по известной формуле теплопередачи:

причем!

Qi =也_ 杯 ккал/ч,

厶=酬工，d2 - ⑫工工* Sj и d?= ⑫2 —52/С2/*2.

В качестве примера произведем расчет выпарной установки для I продукта глюкозного завода, работающего по способу прямой кристаллизации. Мощность завода 25 т товарной глюкозы в сутки. Вьгпарка должна состоять из одинаковых кор» пусов. Температурный режим работы принимается в соответствии с данными табл. 35. Соковый пар I и II корпусов отбирается на подогрев сиропа в первом решофере перед выпаркой^ с 65 до 85 ℃, на подогрев сиропа *после выпарки с 60 до 80 ℃ и на другие нужды завода. Жидкий сироп подогревается осг* рым паром до температуры кипения в I корпусе во втором ре* шофере.

£2=0,075X2/^8£2=0,075X2/^8ъг^ 0,088кг/ке-ъг^ 0,088кг/ке-、幺攻红型^8词ка、幺攻红型^8词ка耳=力七耳=力七名咖哈名咖哈B^OJOlK^Kzyd『w厂E『&163闽К2B^OJOlK^Kzyd『w厂E『&163闽К2uTjOJ63岡кг，以=78%uTjOJ63岡кг，以=78%t^53,6*Ct^53,6*C骂7685^2g門i与w浊朦恻总骂7685^2g門i与w浊朦恻总^7600^4 Co ^^дОТбккал/кг-град^7600^4 Co ^^дОТбккал/кг-град%6(rc分卜号*/йх^гг^ий%6(rc分卜号*/йх^гг^ий

£2=0,075X2/^8

£2=0,075X2/^8

ъг^ 0,088кг/ке-

ъг^ 0,088кг/ке-

、幺攻红型^8词ка

、幺攻红型^8词ка

耳=力七

耳=力七

名咖哈

名咖哈

B^OJOlK^Kzy

d『w厂E『&163闽К2

B^OJOlK^Kzy

d『w厂E『&163闽К2

uTjOJ63岡кг

，以=78%

uTjOJ63岡кг

，以=78%

t^53,6*C

t^53,6*C

骂7685^2

g門i与w浊朦恻总

骂7685^2

g門i与w浊朦恻总

^7600^4 Co ^^дОТбккал/кг-град

^7600^4 Co ^^дОТбккал/кг-град

%6(rc

分卜号*/йх^гг^ий

%6(rc

分卜号*/йх^гг^ий

Рис. 65. Расчетная схема выпарной станции.

Составляем расчетную схему выпарной станции (рис. 65)» наносим на нее исходные данные и данные расчетов по мере получения их.

По данным продуктового расчета [7]

% = 27,54%； % = 56,8%,

涉= 3915 к?/“ и ⑪= 0,515 кг/кг и количество густого сиропа на 1 кг жидкого g = 0,485 кг!кг.

Определяем теплоемкость Со и Сз

с 0.3017-27,54 + (100— 27,54) n Qn7„ 〃

Со =侖—— =0,8076 ккал/(кг-град)г

с 0,3017-56,8 + (100 — 56,8) А Спо. “ 扑

С3 =— — 0,6034 ккал/(кг-град).

Расход тепла на подогрев жидкого и густого сиропа соковым паром (на кг жидкого сиропа) составляет:

6 士 0,8076(85 — 65) = 16,13 ккал1кг9

q.2 = 0,485-0,6034 (80 — 60) = 5,85 ккал/кг.

Общий расход тепла на подогрев сиропа соковым паром %ок = % + 9； = 16,13 十 5,85 = 22 ккал/кг.

расход сокового пара I корпуса на подогрев сиропа

_ _£сок_ =0,0406 К2/КЗ.

，к 力 542,3

Определяем коэффициент самоиспарения по корпусам. Поскольку 仇=也，Pi = 0

02 = 97 — 82 _ 0 027 % = —82 - 60 一 = 0 04

630,5—82'620,5 — 60

Определим теперь, как распределяется выпаривание ,влаги по корпусам из условия 尸1=尸2=尸3・

Количество тепла, требующееся для выпаривания W{ влаги в каждом корпусе, можно выразить следующим уравнением:

幻=wiri (1 — %) ккал/кг.

где множитель 1 ——0哈 дает возможность учесть самоиспарение.

Поскольку Qw пропорционально д$ из условия равенства поверхностей нагрева, можно написать：

91 一 q2 .<?3

AfiKiAf2K2А£зКз

Подставляя сюда известные величины, получим

电・542,3 — @2*552,5 0,973 _ ©3*567 0,96

13,3厂21,5*11,5—•

После вычислений

1,34 g=2,17з2 = 4g,

отсюда можно получить, что

吗.=1,62g и g = 0,54g.

С другой стороны

©1 + ©2 + даз = 0»515 кг!кг.

Подставляя сюда ⑪i и Шз, выраженные через 侬2, и производя вычисления, получим:

wx — 0,264 кг/кг; д = 0,163 кг/кг; 叫= 0,088 кг/кг.

Отсюда определяем необходимые пароотборы из I и II корпусов, обусловленные равенством поверхностей нагрева. По-

〃i =〃i =爲…,5%,爲…,5%,

〃i =

〃i =

爲…,5%,

爲…,5%,

скольку при упрощенном расчете принимается, что коэффициенты испарения по всем корпусам равны единице, очевидно, что

纟=耽--叫И £2 — ^2 — ®3,

или

кг/кг,кг/кг,8 = 0,264 — 0,163 = 0,101

кг/кг,

кг/кг,

е2 = 0,163 — 0,088 = 0,075 кг/кг.

а расход первичного пара

dX = 0,264 К2/К2.

одроца по корпусам:одроца по корпусам:Изменение содержания сухих веществ

одроца по корпусам:

одроца по корпусам:

二言‘：。,你3=48%,

〃3〃356,8%.

〃3

〃3

1 — 0, 515

Поверхность нагрева корпусов

尸.一厶мт M2

段=23,4 炉,

1о•♦bU

J 旦體iS—,3*

n 0,088-3915-552,5° 2

f3 = 23,3 ж2.

17-8-60

Поскольку рассчитанные величины поверхности нагрева корпусов выпарки очень близки одна к другой, уточнения режимов не требуется.

При эксплуатации выпарки необходимо учитывать, что работа без отбора соковых паров приводит к снижению производительности установки, перегрузке последнего корпуса, повышению температуры кипения сиропа в нем, а это ухудшает качество продукции и увеличивает потери сиропа.

При комплектовании выпарной станции из отдельных вакуум-аппаратов необходимо правильно подобрать диаметры всех трубопроводов установки. При недостаточном сечении отдельных трубопроводов вьрпарка может работать неудовлетвориг， 206

тельно. Так, например, если линии для отвода конденсата будут иметь недостаточное, сечение, поверхности нагрева могут заливаться конденсатом.

Для расчета трубопроводов и штуцеров внпарной установки принимаются следующие скорости, м!сек [8]:

5297000330 20100550001102 2 4 15297000330 20100550001102 2 4 1Сироп на выпарку

5

297000330 2010055000110

2 2 4 1

5

297000330 2010055000110

2 2 4 1

Сироп из I корпуса во II Сироп из II корпуса в III Острый насыщенный пар Соковый пар I и II корпусов ... Соковый пар III корпуса Вода в барометрической трубе ,.. Конденсат под разрежением .... Конденсат под давлением Вода холодная Воздух в вакуумной линии ....

Объем паро-водяной смеси в конденсатопроводах принимается в 3 раза больше, чем объем конденсата.

Конденсатные линии II и Ш корпусов следует рассчитывать из условия прохода всего сокового пара через *поверхности нат грева, без учета отбора сокового пара I корпуса.

Для расчета вакуум-аппарата необходимо замерить объем сокового пространства, заполняя его водой до верхней точки питательного патрубка, как указано на рис. 64.

Аппараты ВВ имеют малый объем сокового 'Пространства, поэтому при эксплуатации уровень сиропа на паточных и глюкозных заводах держат выше, чем следует, заполняя аппарат до первого стекла.

Обычно приводимые нормативы для расчета вакуум-аппаратов были получены при эксплуатации аппаратов типа «За- ремб。》и не соответствуют условиям работы аппаратов типа ВВ и других.

Поэтому ниже приводится методика расчета производительности вакуум-аппарата с заданными поверхностью нагрева » объемом сокового пространства.

Для расчета введем следующие обозначения на один уваренный вакуум-аппарат:

а0—содержание сухих веществ в сиропе, поступающем на уваривание, %;

а\—то же в уваренном сиропе, %;

G] — вес уваренного сиропа, кг;

Gn—вес сиропа, поступившего на уваривание, кг;

W — количество выпаренной воды, кг;

; 丫 ——удельный вес уваренного сиропа, к?/*

方一■ температура сиропа, поступающего на вакуум-аппа* рат, ℃;

/кип — температура кцпения сиропа» ℃;

/сок — температура сокового пара, ℃;

^остр — температура греющего пара, ℃;

/сок ——теплосодержание сокового пара, ккал]кг\

©сок ——тепло, пошедшее на образование сокового пара, ккаЛ\ '：

Q ——общий расход тепла на один цикл, ккал;

△/―-средняя разность температур теплоносителей, ℃;

/ — теплосодержание кипящего сиропа, кка//ка；

尸一поверхность нагрева, ж2;

^—коэффициент теплопередачи, ккал/(м2-ч-град)}

Твьш"— время；Тзап — ВремяТел 亠 время т — время V—объем Л— выход п——числоТвьш"— время；Тзап — ВремяТел 亠 время т — время V—объем Л— выход п——числовыпаривания,弘； заполнения, “； слива, % полного оборота, “； сокового пространства,炉； глюкозы из густого сиропа, %; ЦИКЛ'ОВ в сутки;

Твьш"— время；Тзап — Время

Тел 亠 время т — время V—объем Л— выход п——число

Твьш"— время；Тзап — Время

Тел 亠 время т — время V—объем Л— выход п——число

В 一суточная производительность по глюкозе, т/сутки. 1

Поскольку в глюкозном производстве температура сиропа, ' | ^поступающего на уваривание, /0 очень близка к температуре I кипения раствора в в а ку ум - а*ппа р ате ^Кип, сделаем допущение, ] УТО Zq — ^кип*Я

Кроме того, примем, что уваривание производится насыщен- 1 ным паром. В этом случае:?

остр"—4нп ℃.остр"—4нп ℃.

остр"—4нп ℃.

остр"—4нп ℃.

Пользуясь введенными обозначениями, определим ряд ве- -личин для расчета.

Вес упаренного сиропа в соковом объеме V вакуум-аппарата:

Gi п Ут кг.

Количество жидкого сиропа Go, потребное для получения упаренного сиропа:

Go =Go =」一кг.」一кг.

Go =

Go =

」一кг.

」一кг.

Количество выпариваемой за один цикл воды:

W = Go — Gi кг、

Количество тепла, пошедшего на испарение W кг влаги:

QcoK = W7(icoK —0 侬а儿

На подогрев продукта тепло не расходовалось, так как 》о=£нип. С учетом потери 3% тепла в окружающую среду, об- 'Ший расход тепла на один цикл вакуум-аппарата составит

Q -= 1,03Qcok кка力.

Из формулы

Д^твып

определим время выпаривания порции сиропа

Продолжительность одного цикла работы вакуум-аппарата г составит

Т = Твнп + ^зап + тсл 仇

Число циклов вакуум-аппарата в сутки 篦= •

Суточная производительность вакуум-аппарата по глюкозе

Как видно из приведенных формул, в целях увеличения производительности вакуум-аппарата необходимо стремиться к сокращению затрат времени на заполнение и слив сиропа.

Аппараты ВВ, как правило, имеют сливные патрубки малых сечений, что затягивает время слива сиропа. Для ускорения слива рекомендуется заменить сливной патрубок. Спуск аппарата должен длиться не более 3——4 мин.

Для производства глюкозы через ее двойное соединение сливной патрубок вакуум-а*ппарата следует делать диаметром до 200 мм, причем запорным устройством должна служить задвижка. При малых диаметрах сливного патрубка и применении вентилей патрубок может засоряться выпадающими в процессе выпаривания кристаллами.

Глава 111

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ, КРИСТАЛЛИЗАЦИИ СИРОПОВИ РАЗЛОЖЕНИЯДВОЙНОГО СОЕДИНЕНИЯ

Холодильник

При производстве глюкозы по прямому способу продукт ИЗ вакуум-аппарата сливается в холодильник, где температура продукта снижается от 60 до 40 ℃ благодаря охлаждению дой, проходящей через поверхность охлаждения холодильника.

Холодильник представляет собой емкость цилиндро-конической формы со змеевиковой поверхностью охлаждения и пропеллерной мешалкой.

④ 'Е. Я. Жарова н др.209

Как и вакуум-аппарат, холодильник рабртает периодически,, причем емкость холодильника должна быть по возможности равна емкости вакуум-аппарата или быть кратной ей. В последнем случае на один вакуум-аппарат устанавливают 2—3 холодильника.

Для глюкозного производства холодильник и мешалки изготовляют из нержавеющей стали марки Х18Н9Т, а поверхность охлаждения ——из нержавеющих труб.'

При расчете холодильника снижением температуры продукта в результате потерь тепла в помещение обычно пренебрегают ввиду незначительности их.

Тепло, которое должно быть отведено с охлаждающей водой, определяется по формуле:

“ Q GC (£ — /；) ккал,

где G — вес порции продукта, загружаемого в холодильник, кг;

С — теплоемкость сиропа, ккал]кг;

4 —температура сиропа до охлаждения, ℃;

/； ——температура охлаждаемого сиропа, ℃.

Расход воды на охлаждение данной порции сиропа определяется по формуле:

W ^一—血3,

& - Q юоо

где f； — начальная температура воды, ℃;

f； — конечная температура воды, ℃.

Часовой и суточный расход воды определяется умножением полученной величины на число циклов холодильника в час и в сутки.

(8)(8)Поверхность охлаждения холодильника подбирается по формуле:

(8)

(8)

где /С— коэффициент теплопередачи, ккал! (ж2 • мин • град);

△£ ―' разность температур теплоносителей, ℃;

т ——продолжительность охлаждения, мин.

По опытным данным коэффициент теплопередачи принимают в *пределах 2,75—3,5 ккал/ (ж2 • .мин • град) [8].

Разность температур теплоносителей определяется по формуле ；

прячем Аб =《一/； — наибольшая разность температур теплоносителей, а А加=/；—— 弓 ——наименьшая разность температур теплоносителей *при их прямотоке.

Если< 1,5, то можно принимать, что ，

Л4 4 + %% + %

公/ —

2

т. е. А£ равна разности среднеарифметических температур теплоносителей.

Если поверхность охлаждения холодильника задана, то из формулы (8) определяется Д/, а по ней подбираются Дб, А加 и температура охлаждающей воды.\

При этом температура воды после холодильника & находится по формуле:-

f； = f；+A/2,3 lg—.

Температура /； должна быть, по крайней мере, на 5——7 ℃ ниже температуры охлажденного сиропа.

Летом, когда температура воды, поступающей в холодильник, обычно повышается (за исключением артезианской воды из глубоких горизонтов), приходится увеличивать время пребывания продукта в холодильниках. Тепловые расчеты холодильников выполняются для худших условий, т. е. для летнего периода.

Кристаллизаторы

В глюкозном производстве применяются горизонтальные цилиндрические кристаллизаторы с поверхностью охлаждения, образованной водяной рубашкой, и корытообразные по типу утфелемешалок сахарных заводов с поверхностью охлаждения, образованной полыми дисками, одетыми на вал мешалки.

Ниже приводится техническая характеристика цилиндриче- <кого кристаллизатора завода 《Прогресс》.

Техническая характеристика

Емкость, м3 15

Число оборотов мешалки в минуту...0,61

Рабочее избыточное давление воды в рубашке, 0他 0,1

Мощность электродвигателя мешалки, кет2,8

Поверхность водяного охлаждения,川含..32

Отношение поверхности охлаждения к объему 2

Кристаллизатор оборудован ленточной мешалкой, которая должна быть подогнана к внутренней его поверхности с возможной точностью — зазор не должен превышать 2—3 мм. При больших зазорах между мешалкой и корпусом поверхность охлаждения не очищается и теплопередача ухудшается.

Загрузка утфеля производится через один из верхних люков; выгрузка — через люк с шиберной задвижкой в торцевой стенке.

Рубашка разделена бандажами жесткости на несколько отсеков. В каждый отсек подается и отводится охлаждающая вода. Разделение рубашки на отсеки, кроме обеспечения жесткости, служит также для улучшения теплообмена и равномерного охлаждения утфеля по длине кристаллизатора.

В глюкозном цехе Верхнеднепровского комбината в 1964 г. были установлены корытные кристаллизаторы с дисковой поверхностью охлаждения (рис. 66).

Ниже приводится техническая характеристика этих кристаллизаторов.

Техническая характеристика

Полная емкость, м3 41

Число оборотов дисковой поверхности в минуту . . ,0,63

Рабочее избыточное давление в поверхности охлаждения, атДо1,5

Мощность электродвигателя, установленного заводом- изготовителем, кет 4,5

То же после испытания кристаллизатора, кет ....7

Полная поверхность водяного охлаждения,繕125

Активная поверхность водяного охлаждения при заполнении кристаллизатора на 70%, л<2 90

Отношение поверхности водяного охлаждения к объему 3,0

Охлаждающая вода подается в диски ^последовательно.

Охлаждающие диски имеют секторные вырезы для прохода продукта. На двух соседних дисках эти сектора расположены через 180° таким образом： если сектор одного диска расположен по вертикали внизу, то сектор соседнего диска ——по вертикали вверху.

Вал этого кристаллизатора выполнен из стальной трубы, на которую надета рубашка из нержавеющей стали.

Опыт эксплуатации корытных кристаллизаторов показал, что они имеют ряд конструктивных и технологических недостатков.

Так, выяснилось, что привод недостаточно мощен для данного ^продукта; что диски часто лопаются по сварке и проворачиваются на валу, срывая рубашку из нержавеющей стали.

К технологическим недостаткам относится неравномерность охлаждения утфеля по длине кристаллизатора, так как вода в первой части своего пути приобретала температуру продукта 212

и не охлаждала продукт во второй части. Кроме того, в мертвых зонах сечения, т. е. в верхних углах, нарастали куски утфеля, которые время от времени обрушивались и при выгрузке попадали в центрифуги.

. Верхнеднепровский комбинат осуществил большую работу по модернизации этих кристаллизаторов. В частности, был усилен привод, прочнее закреплены диски на валу, заменены шиберы. Для более равномерного охлаждения утфеля поверхность охлаждения была разделена на два участка, в каждый из которых подана охлаждающая вода.

В известной степени эти мероприятия улучшили работу кристаллизаторов, но еще недостаточно. В дальнейшем предстоит продолжить модернизацию кристаллизаторов с дисковой поверхностью охлаждения, особенно при производстве глюкозы по методу двойного соединения, где требуется быстрое охлаждение утфеля.

Очевидно, необходимо организовать не последовательную подачу воды в диски, а параллельную в каждый диск или в группу из 2—3 дисков, сделать водяную рубашку для корпуса с тем, чтобы увеличить поверхность охлаждения и пр.

本IqJUIqdoy .99 ・°ad本IqJUIqdoy .99 ・°adДля теплового расчета кристаллизатора в настоящее время не существует вполне достоверных данных. Так, например, нет хорошо проверенных коэффициентов теплопе-

本IqJUIqdoy .99 ・°ad

本IqJUIqdoy .99 ・°ad

редачи через стенки между охлаждающей водой и утфелем, '1 между утфелем и воздухом； нет также данных о количестве j тепла, выделяемом при кристаллизации двойного соединения. I

Охлаждение утфеля в кристаллизаторе происходит в ре- | зультате отвода тепла охлаждающей водой и потерь тепла че-) рез корпус в окружающую среду.4

Расчеты показывают, что потери тепла в окружающую сре- j ду при прямой кристаллизации глюкозы составляют около 5— 10% от всего тепла, 'Подлежащего отводу для охлаждения утфеля, а при производстве глюкозы через ее двойное соединение & с хлористым натрием примерно в 10 раз меньше.〕

Эти данные подтверждаются последними работами по ис- ” следованию теплообмена в сахарных утфелемешалках, где по-' тери тепла через ограждения и непосредственно от зеркала продукта в воздух также составляют 10% от тепла, содержащегося в утфеле [9].

Потери тепла в производственных условиях могут быть , меньше расчетных, например, в том случае, если кристаллизато- pbi стоят близко один к другому, из-за чего температура между ними выше, чем в цехе; кроме того, существует передача тепла от одного кристаллизатора к другому излучением.

Учитывая это, при тепловом расчете кристаллизатора потери тепла в окружающую среду следует не принимать во внимание, считая, что все тепло, подлежащее отводу, отводится через водяные поверхности охлаждения.

Это допущение, практически не снижая достоверность теплового расчета, очень упрощает его.

Для теплового расчета кристаллизатора введем следующие обозначения (на один кристаллизатор):

G — вес утфеля в кристаллизаторе, кг；

Q ——количество тепла, подлежащее отводу, кка儿；

Q' — количество тепла, остающееся в утфеле к концу процесса кристаллизации, ккал;一

QyT——количество тепла в утфеле, ккал\

Qkp ——тепло, выделяющееся при кристаллизации, ккал；

С ― удельная теплоемкость утфеля, ккал!(кг * ^рад);

%； — начальная температура утфеля, ℃;

——конечная температура утфеля, ℃;

£； — начальная температура охлаждающей воды, ℃;

/； —конечная температура охлаждающей воды, ℃;

А—выход кристаллов глюкозы из утфеля, в долях единицы;

F ——активная поверхность охлаждения кристаллизатора, 川；

Af — разность температур теплоносителей, ℃;

К ——коэффициент теплопередачи между утфелем и ох л а ж； дающей водой, ккал)(^ • ч • град);

т——продолжительность кристаллизации, 4；

W ——количество воды, потребное на весь период кристаллизации, ке;

w — то же на 1 % кг/ч.

Пользуясь введенными обозначениями, составим формулы для теплового расчета кристаллизатора：

Q = Q/ + Qkp — Q' ккал、(9)

QyT — GCt\ ккал, с фбД-4,72-1000

где 4 ——отношение веса свежего утфеля к общему весу утфеля в кристаллизаторе；

4,72 —тепло, выделяющееся при кристаллизации грамм-молекулы глюкозы, ккал;

199 ——вес грамм-молекулы глюкозы.

Q‘ = GCY； ккал.

Подставляя эти величины в формулу (9) и произведя вычисления, получим:

Q = G [С& — Q + 23,7(рЛ] ккал.(10)

Необходимая активная поверхность охлаждения кристаллизатора может быть найдена из известного уравнения (8).

Коэффициент теплопередачи для расчета кристаллизаторов при реконструкции глюкозного цеха Бесланского комбината проф. Ралль С. Ф. принимал равным 1,5 ккал/(ж2 • мин • град) [10]. Других значений этой величины в специальной литературе не встречается. Для сахарных утфелемешалок при температурных условиях, аналогичных глюкозному производству, коэффициент теплопередачи изменяется в зависимости от времени кристаллизации примерно от 1,1 до 0,55 ккал!(ж2 • мин • град) [9].

Средняя разность температур теплоносителей определяется по формуле:

а』 Аб — Ал/ ℃

для случая прямотока теплоносителей

2,31g*—斗卜2- %)

Для цилиндрических кристаллизаторов коэффициент заполнения принимается равным 0,95; для корытных ——0,7.

Очевидно также, что определенная по формуле (8) активная поверхность охлаждения составляет от полной поверхности соответственно 95 и 70%.

Из формулы (8) 'При заданных Q, F и А/ можно определить время охлаждения массы:

_Q

С —4,

а при заданных Q, F、х необходимую среднюю разность температур теплоносителей

厶二忆e.

“ Определив AZ и имея заданный температурный режим, т. е. %；,£； и, например,写，можно определить, необходимую для данного случая начальную температуру охлаждающей воды.

Определим в качестве примера необходимую начальную температуру охлаждающей воды для следующих условий:

в цехе производства глюкозы через ее двойное соединение с хлористым натрием установлен корытный кристаллизатор с данными, приведенными на стр. 212.

Требуется охладить утфель с 60 до 25 ℃ за 8,5 4； температура отработанной охлаждающей воды ——20 ℃.

Если условно принять, что тепло кристаллизации двойного соединения соответствует теплу кристаллизации гидратной глюкозы, то по формуле (10), принимая

О = 0,7% ке,

где V — полная емкость кристаллизатора равна 41 ж3;

у —)^дельный вес утфеля 1400 кг/м3 и 屮=1, а 4 = 0,4, получим

Q = 0,7 -41.1400 [0,55 (60 — 25) + 23,7 -1 - 0,4] = 1264 000 ккал.

Тогда

厶‘ =就齡義=①25匕

но для данного случаяА. (60- «) — (25 一 20)но для данного случаяА. (60- «) — (25 一 20)55 — fj55 — fj2,3 1g2,3 1g60 —厶60 —厶25 — 2025 — 2060—匕 2,31gy60—匕 2,31gy18,25 и18,25 и60 — Л60 — Л55 一片18,2555 一片18,25(11)(11)

но для данного случая

А. (60- «) — (25 一 20)

но для данного случая

А. (60- «) — (25 一 20)

55 — fj

55 — fj

2,3 1g

2,3 1g

60 —厶

60 —厶

25 — 20

25 — 20

60—匕 2,31gy

60—匕 2,31gy

18,25 и

18,25 и

60 — Л

60 — Л

55 一片18,25

55 一片18,25

(11)

(11)

Получившееся трансцендентное уравнение легко решается графически.

Заменим в одном случае левую часть уравнения, а в другом' правую неизвестной《у》

55 — Л

1) у —,

丿 ”18,25

55 —

2)9=2,31g-尸

Давая в этих уравнениях аргументу t\ возможные значениЯз, следует построить в одних и тех же координатах графики функций 1 и 2.

Проекция точки пересечения их на ось абсцисс дает искомую величину /； так как ее численное значение является корнем уравнения (11).

Поскольку функция 1 линейная, найдем два ее значения при /； =0 и /；=20 ℃

Уо = 3,015; у20 — 1,9.

Для функции 2 вычислим значения от /； = 0° до f； —20 ℃ через каждые 5°

先=2,483; У5 = 2,393; У\о = 2,3;

У152,2; у20 = 2,08.

Теперь построим графики функций 1 и 2 (рис. 67).

Из построения видно, что начальная температура охлаждающей воды должна быть равна для нашего случая примерно 14,5 ℃.

С течением времени поверхность охлаждения кристаллизатора со стороны поступления воды загрязняется, что приводит к ухудшению теплообмена. Исследования, проведенные для сахарных утфелемешалок [9], показали, что с увеличением срока службы кристаллизатора необходимо вводить следующие поправки при определении коэффициента теплопередачи:

Срок службы кристаллизатора, лет 12345

Поправочный коэффициент П。，8 0,66 0,57 0,51 0,46

При этом

6780,43 0,41 0,406780,43 0,41 0,40Кзагр = К刀,

678

0,43 0,41 0,40

678

0,43 0,41 0,40

где Кзагр一 коэффициент теплопередачи для верхностей;К — то же для чистых поверхностей.Как видно из приведенного, при расчетах необходимо учитывать срок их службы, агде Кзагр一 коэффициент теплопередачи для верхностей;К — то же для чистых поверхностей.Как видно из приведенного, при расчетах необходимо учитывать срок их службы, азагрязненных по-;загрязненных по-;кристаллизаторов также принимать

где Кзагр一 коэффициент теплопередачи для верхностей;

К — то же для чистых поверхностей.

Как видно из приведенного, при расчетах необходимо учитывать срок их службы, а

где Кзагр一 коэффициент теплопередачи для верхностей;

К — то же для чистых поверхностей.

Как видно из приведенного, при расчетах необходимо учитывать срок их службы, а

загрязненных по-;

загрязненных по-;

Рис. 67. Графическое решение уравнения для определения f ^ .Рис. 67. Графическое решение уравнения для определения f ^ .меры к очистке поверхностей охлаждения.

Рис. 67. Графическое решение уравнения для определения f ^ .

Рис. 67. Графическое решение уравнения для определения f ^ .

Для определения числа кристаллизаторов на I продукт рассчитаем сначала полную емкость Ui кристаллизаторов этой грушш.

& =息%“ (12) где GcyT — суточная выработка глюкозы, кг;

т ——время полного оборота кристаллизатора, 4；

А — выход товарной глюкозы из утфе- ля, в долях еди

ницы;

屮——коэффициент заполнения кристаллизатора;

Ф ——коэффициент, учитывающий объем затравки (для прямой кристаллизации ф —0,7, для способа ДС ф=1);

Уут——удельный вес утфеля, т^.Число кристаллизаторов щ для установки определяется исходя из емкости используемых кристаллизаторов с учетом одного резервного кристаллизатора на случай ремонта и пр.Уут——удельный вес утфеля, т^.Число кристаллизаторов щ для установки определяется исходя из емкости используемых кристаллизаторов с учетом одного резервного кристаллизатора на случай ремонта и пр.忆=-г- + 1 ШТ.,

Уут——удельный вес утфеля, т^.

Число кристаллизаторов щ для установки определяется исходя из емкости используемых кристаллизаторов с учетом одного резервного кристаллизатора на случай ремонта и пр.

Уут——удельный вес утфеля, т^.

Число кристаллизаторов щ для установки определяется исходя из емкости используемых кристаллизаторов с учетом одного резервного кристаллизатора на случай ремонта и пр.

При расчете дробь —При расчете дробь —округляется в большую сторонуокругляется в большую сторонугде s —полная емкость одного кристаллизатора.

При расчете дробь —

При расчете дробь —

округляется в большую сторону

округляется в большую сторону

Полная емкость кристаллизаторов для II продукта вычисляется по формуле:

(13)(13)"GcyT^C

(13)

(13)

a = 100円屈四

где В ——количество утфеля II продукта в % к товарной глюкозе, а остальные обозначения ——такие же, как и для расчета 1Ab Соответственно число кристаллизаторов II продукта

Пи =!- 1 шт.

Приведенные формулы пригодны для расчетов кристаллизационных отделений, работающих как по прямой кристаллизации, так и по методу двойного соединения.

Суточный расход охлаждающей воды на кристаллизаторы I продукта определяется *по формуле:

Т%сут =；；—сутки.

24』(% — А)

на кристаллизаторы второго продукта

Вн суТ = 工сутки,24( % — Q

где GCyT,』,В ——такие же, как в формулах (12) и (13);

/J, /；——начальная и конечная температуры утфеля;

G —т0 же охлаждающей воды；'С ——теплоемкость утфеля, ккал/(кг-град) \

т——время кристаллизации, ч.

Аппарат для разложения двойного соединения

Процесс разложения двойного соединения, выдержка продукта после разложения, при которой происходит кристаллизация глюкозы, и фугование глюкозы взаимосвязаны по времени. По условиям технологии выдержка -продукта после разложения продолжается до 30 мин. Цикл фугования занимает также ©коло 30 мин.

Выбор размеров оборудования и компоновки узла разложения и фугования определяется еще и тем обстоятельством, что не допускается смешивание продукта, находящегося в разных фазах выдержки.

Для обеспечения синхронизации процесса емкости аппаратов для разложения и выдерживания должны соответствовать емкости центрифуги.

На Бесланском комбинате в цехе двойного соединения установлена центрифуга ПН-1000, емкость барабана которой 300 j. Опыт эксплуатации показал, что для нормального заполнения центрифуги в нее следует подать при загрузке примерно 720 кг глюкозного утфеля. Таким образом, аппарат для разложения двойной соли и утфелераспределитель, в котором производится выдерживание продукта, также должны вмешать по 720 к? продукта. Если для фугования глюкозы применяется какая-либо другая центрифуга, то емкости аппаратов для разложения и выдерживания должны соответствовать этой центрифуге. Так, если применяется центрифуга АПН-1250, емкость которой 470 л, io для ее загрузки потребуется подать примерно 1100 К2 глюкозного утфеля.

Принимая, что на каждые 100 &е утфеля, получаемого при разложении двойного соединения, подается 80 ^г воды, для обеспечения загрузки центрифуги АПН-1250 в аппарат для разложения следует дать 600 кг утфеля и 480 &а воды. Объем аппарата для разложения определяется исходя из коэффициента заполнения 屮=0,4 и удельного веса продукта у = 1,35.

Низкий коэффициент заполнения обеспечивает хорошее перемешивание продукта в аппарате, что является важным фактором в технологии процесса разложения.

Аппарат для разложения двойного соединения, установленный на Бесланском маисовом комбинате, представляет собой реактор с мешалкой. Разрез аппарата дан на рис. 68. ,

Он состоит из сварного корпуса, сделанного из нержавеющей стали Х18Н9Т, и метального механизма, приводимого во вращение от электродвигателя мощностью 1,7 кет через редуктор. Число оборотов электродвигателя 1440 в минуту, число оборотов мешалки——70 в минуту, передаточное число редуктора / = 20,5.

Аппарат изготовлен из реактора Воронцовского опытного завода. Для увеличения емкости в него вставлена дополнительная царга высотой 400 мм.

Аппарат работает периодически. Сначала в реактор заливается 320 л воды, затем из бункера, установленного над аппаратом, спускается заранее отвешенная порция утфеля весом 400 кг. Спуск утфеля в реактор происходит в течение примерно 1 мин. Разложение двойного соединения заканчивается за 3——5 мин в зависимости от качества I продукта. Спуск продукта из реактора занимает также около 1 мин.

Таким образом, продолжительность цикла работы аппарата составляет 5——7 мин. Учитывая различные обстоятельства, как например замедление скорости разложения из-за плохого качества двойного соединения, для расчетов продолжительность цикла работы аппарата принимается в 10 мин.

Из аппарата для разложения двойного соединения продукт

выгружается в утфелераспределитель для выдерживания перед фугованием.

В момент заполнения мешалка утфелераспределителя должна работать. Затем она останавливается и включается только

Рис. 68. Аппарат для разложения двойного соединения.

перед выгрузкой утфеля в центрифугу. Следующая загрузка утфелераспределителя может быть произведена только после окончания выгрузки продукта в центрифугу.

Очевидно, что при такой схеме максимальная производи* : тельность узла разложения, выдержки и фугования не может ^ыть больше максимальной производительности аппарата для разложения. Минимальная же производительность будет в том случае, если в линии будет установлена одна центрифуга.

Полагая, что количество продукта из одного аппарата для разложения обеспечивает загрузку одной центрифуги и что продолжительность цикла работы аппарата 10 儿^局,а утфеле- распределителя и центрифуги по 30 мая, определим количество утфелераспределтелей и центрифуг для непрерывной работы линии.

В течение часа можно получить 6 порций утфеля из аппарата для разложения двойного соединения. При строго синхронной работе, чтобы принять каждую из 6 порций в пустой утфелераспределитель, их требуется 3 шт. Действительно, первый из загруженных утфелераспределителей сможет принять продукт следующий раз через 30 мин после предыдущей загрузки; в промежутке же нужно разместить еще две порции продукта из аппарата для разложения двойного соединения. Поскольку время выдерживания и фугования одинаково, при синхронной работе в этом случае достаточно 3 центрифуг.

Однако из-за неизбежных задержек по различным производственным причинам для получения максимальной производительности предпочтительнее к каждому аппарату для разложения устанавливать не 3, а 4 утфелераспределителя и 4 центрифуги.

При этом продолжительность цикла работы утфелераспределителей и центрифуг при нормальной работе будет по 40 мин и может сократиться до 30 мин, например, при ремонте одной из единиц оборудования. Таким образом, установка 4 центрифуг и 4 утфелераспределителей к одному аппарату для разложения обеспечивает непрерывную работу линии на полную мощность даже при продолжительной остановке одного утфелераспределителя или одной центрифуги.

Исходя из изложенного, максимальная суточная производительность одной линии, состоящей из одного аппарата для разложения, 4 утфелераспределителей и 4 центрифуг, может быть- определена по формуле

где и ——число циклов работы аппарата для разложения в сутки. Если принять фонд рабочего времени аппарата 22 必 в сутки, то

У丝也= 132,

g — вес глюкозного утфеля, загружаемого в центрифугу, ^; а ——выход товарной глюкозы из утфеля, %.

Принимая л = 132, g = 720 кг и а = 40%, получим：

с 132-720.40 OQ /

q =仝 38 т ситки.

100-1000У

Если линия будет укомплектована центрифугами АПН-1250, аппаратами для разложения и утфелераспределителями соответствующей емкости, то g= 1080 кг и производительность линии составит:

Q =Q =132.1080.40 ^57 т/сутк^ 100-1000

Q =

Q =

Если линию комплектовать меньшим числом утфелераспре- делителей и центрифуг, то производительность линии будет уже определяться по центрифугам, а не по аппаратам для разложения.

В этом случае производительность определяется 「но формуле:

Q =Q =—g”z_ mj сутки, 100-1000—g”z_ mj сутки, 100-1000

Q =

Q =

—g”z_ mj сутки, 100-1000

—g”z_ mj сутки, 100-1000

где g ——вес утфеля, требующийся для загрузки центрифуги, кг;

а ——выход товарной глюкозы из утфеля, %;

и ——число циклов работы центрифуги в сутки;

z — число центрифуг.

Если фонд времени для центрифуги 22 yB сутки и продолжительность цикла 40 мин, то

22-60 ddи == 33.

40

Принимая g = 720 к? для центрифуги ПН-1000, а=40% и z = 2 получим:

с 720-40-33-2 〔с / q — т ситки.

100-1000

Поскольку для мешалки утфелераспределителя существует определенный режим работы, каждый утфелераспределитель должен иметь индивидуальный привод.

Комплектование линии разложения и фугования одним аппаратом для разложения, четырьмя утфелераспределителями и четырьмя центрифугами в известной степени определяет компоновку станции.

Возможная схема компоновки станции (в плане) приведена на рис. 69.

По вертикали оборудование компонуется таким образом, чтобы обеспечить полный самотек продукта.

Рис. 69. Компоновка узла разложения и центрифуг:

J — аппарат для разложения； 2, 4, 6 и 8 — утфелераспределители; 5, 5, 7 и 3 — центрифуги.

При такой компоновке все утфелераспределители могут иметь одинаковые размеры, лотки для подачи продукта в них и в центрифуги получаются короткими, а центрифуги расположены в одну линию, что удобно для обслуживания.

「пава I V

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ГЛЮКОЗЫ

Центрифуги

Для фугования глюкозных утфелей на заводах в настоящее время применяются подвесные вертикальные центрифуги типа ПН-1000.

Общий вид центрифуги ПН-1000 приведен на рис. 70. Основными узлами центрифуги являются барабан /, электродвигатель 2, механизм для срезания осадка 瓦 тормозное устройство 4, кожух 5, опорная конструкция 6.

Для центрифуги применен 4-скоростной электродвигатель.

Загрузка утфеля производится при 250 об/мину фугование при 1450 об/мину срез осадка делается при вращении ротора в обратную сторону со скоростью 100 об/мин. Переключение скоростей при разгоне и электроторможении осуществляется автоматически.

Управление срезающим механизмом производится вручную. /

Техническая характеристика центрифуги ПНЛООО

Ротор внутренний?диаметр, лл максимальное число оборотов в минуту фактор разделения емкость, л предельная загрузка, кг

Габариты электродвигателя, мм высота

10001450118030045010001450118030045032403240Рис. 70. Центрифуга типа ПН-1000.Рис. 70. Центрифуга типа ПН-1000.Haq уровнем пола

1000

1450

1180

300

450

1000

1450

1180

300

450

3240

3240

Рис. 70. Центрифуга типа ПН-1000.

Рис. 70. Центрифуга типа ПН-1000.

ниже уровняпола 670

длина 1830

ширина 1830

Вес без электродвигателя, кг 2380

Электродвигатель

тип МА-93-59/65-4СВ

мощность, кет 40

число оборотов в минуту 100,250, 750

синхронное число оборотов в минуту1500

напряжение, в 380—500

вес, кг 1350

Длитель-ность. сек2030—604037030-40100600Длитель-ность. сек2030—604037030-40100600Ниже приводятся минимальные продолжительности отдельных операций.

Длитель-ность. сек

2030—60

40

37030-40

100600

Длитель-ность. сек

2030—60

40

37030-40

100600

Наименование операций

Разгон загруженной центрифуги до 252 об/мин ....

Загрузка при скорости 250 об/мин

Разгон до 750 н 1450 об/мин

Работа при 1450 об/мин

Рекуперационное торможение до 750—250 об!мин ...

Противотоковое торможение н выгрузка при 100 об/мин.

Итого длительность цикла

Центрифуги типа ПН-1000 хорошо зарекомендовали себя при работе в глюкозном производстве.

В настоящее время освоен вьшуск усовершенствованной центрифуги типа АПН-1250 с диаметром ротора 1250 мм и полностью автоматизированным управлением. Общий вид центрифуги приведен на рис. 71.

По типу эта центрифуга подобна центрифуге ПН-1000 и является результатом ее усовершенствования.

Привод этой центрифуги осуществлен от пятискоростного электродвигателя.

Техническая характеристика центрифуги АПН-1250

Ротор внутренний диаметр,мм 1250

максимальное числооборотов в минуту1460

фактор разделения 1500

емкость, л 470

предельная загрузка,кг 650

Габариты с электродвигателем, мм высота

вышеуровняпола 3630

нижеуровняпола 1230

длина 1930

ширина 2250

Вес центрифуги без электродвигателя, пульта, станции управления и металлоконструкции, кг 3770

〃儆

ffl

•ogz'HUV EUHI BMBHdIH 母•-JHd

ffi

s

о-озо 『2D~Qa

Электродвигатель тип МА 93-65/74-5СВ

мощность максимальная, кет ....90

число оборотов в минуту 100, 250 , 750, 1000

синхронное числооборотов в минуту .1500

напряжение, в 380/500

вес, кг 1730

В отличие от центрифуги ПН-1000 все операции рабочего цикла в центрифуге АПН-1250 осуществляются автоматически.

Сушилки для глюкозы

Фугованная глюкоза имеет влажность 13——15%,. товарная глюкоза должна быть с влажностью 8——9%.

Высушивание глюкозы до товарной влажности производится обычно в барабанных сушилках воздухом, подогретым в паровом калорифере.

Кристаллы глюкозы при нагревании до 60 ℃ способны плавиться, что не допустимо в процессе производства. Поэтому режим сушки выбирается очень мягким.

Воздух в сушилку рекомендуется подавать с температурой не выше 50 ℃. В результате этого напряжение объема сушилки по испаренной влаге получается очень низким, а сушилки приходится делать относительно громоздкими.

Так, объем сушилки барабанного типа •производительностью 25 т глюкозы в сутки должен быть равен примерно 25 ж3.

Насадки в барабанных сушилках для глюкозы выполняются в виде продольных лопастей, расположенных на внутренней поверхности.

Более сложные и выгодные с точки зрения перемешивания продукта с воздухом насадки непригодны из-за свойства глюкозы налипать на лопасти и забивать каналы, образованные насадкой.

Для глюкозы могут быть применены барабанные сушилки завода «Прогресс》，предназначенные для сушки свекловичного жома, продукции различных химических производств и кормов в кукурузокрахмальном производстве. Для этих продуктов в большинстве случаев сушильным агентом служат топочные газы от специальных топок или отходящие газы из топок паровых котлов.

Для глюкозы в качестве сушильного агента применяется профильтрованный и подогретый в паровом калорифере воздух. В связи с этим сушильный барабан завода «Прогресс» доукомплектовывается на месте установки воздушным фильтром и паровым калорифером. Отработанный воздух из сушилки пропускается через циклонный пылеуловитель и мокрый скруббер или рукавный фильтр.

叫= 15%3 = 8%/о = 2О℃'воздуха (ф = 65%)叫= 15%3 = 8%/о = 2О℃'воздуха (ф = 65%)При расчете барабанных сушилок принимаются следующие исходные данные:

叫= 15%

3 = 8%

/о = 2О℃'

воздуха (ф = 65%)

叫= 15%

3 = 8%

/о = 2О℃'

воздуха (ф = 65%)

Влажность фугованной глюкозы Влажность высушенной глюкозы Температура воздуха, поступающего в калорифер (если воздух берется из помещения)

пающего в калорифер &)=10 а/ка сухогоТемпература воздуха, поступающего в сушилкупающего в калорифер &)=10 а/ка сухогоТемпература воздуха, поступающего в сушилку/1 = 60 ℃/2=40 ℃Mi =20 ℃/м2=40℃3—4 кг/(м3-ч)./1 = 60 ℃/2=40 ℃Mi =20 ℃/м2=40℃3—4 кг/(м3-ч).Влагосодержание воздуха, посту

пающего в калорифер &)=10 а/ка сухого

Температура воздуха, поступающего в сушилку

пающего в калорифер &)=10 а/ка сухого

Температура воздуха, поступающего в сушилку

/1 = 60 ℃

/2=40 ℃

Mi =20 ℃

/м2=40℃

3—4 кг/(м3-ч).

/1 = 60 ℃

/2=40 ℃

Mi =20 ℃

/м2=40℃

3—4 кг/(м3-ч).

Температура воздуха, уходящего из сушилки

Температура фугованной глюкозы

Температура высушенной глюкозы

Напряжение объема сушилки по испаренной влаге

Существенным практически неустранимым недостатком барабанных сушилок является засасывание воздуха через неплотности, что сказывается на их тепловой экономичности.

При малой производительности по глюкозе расход тепла на ее сушку в общем балансе расхода тепла очень незначителен, например, на Бесланском или Верхнеднепровском комбинатах. Но и в этих случаях непроизводительный расход тепла недопустим.

В 1954 г. инж. А. И. Еремеев провел на Бесланском комбинате пробное высушивание фугованной глюкозы на опытной пневматической сушилке своей конструкции.

Было установлено, что глюкоза высушивается нормально, причем температуру поступающего в сушилку воздуха можно было поднимать до 130 ℃.

Благодаря исключительно хорошему перемешиванию продукта с воздухом в сушилке происходил интенсивный тепломассообмен, температура воздуха быстро падала и глюкоза не нагревалась выше 43 ℃, т. е. до температуры мокрого термометра, соответствующей температуре воздуха 130 ℃ [11].

Результаты этих опытов были использованы А. Е. Еремеевым при разработке проекта пневматической сушилки для экспериментального цеха двойного соединения на Бесланском комбинате.

Схема этой сушильной установки мощностью 5——6 т глюкозы в сутки приведена на рис. 72.

Сушилка состоит из ротора-разрыхлителя в корпусе /, трубы-сушилки 2 и циклона для выделения глюкозы из воз душ-

ного потока 3. Воздух в сушилку подается через фильтр 4 и ；:| калорифер 5. Продукт поступает в ротор-разрыхлитель из шне- J ка-питателя. Воздух засасывается в систему двумя последова- j тельно установленными вентиляторами 6. Для обеспыливания | воздух ^проходит через мокрый скруббер 7. 1

Контроль за процессом осуществляется с помощью двух ；| термометров: хромель-копелевой термопары ТХК-ХШ 8 с про- j фильным милливольтметром МПБ-46 для определения темпе- ,| ратуры воздуха перед ротором-разрыхлителем и газонаполнен- j ным термометром 9 для контроля за температурой воздуха g после разрыхлителя. 1

camcamРис. 72. Схема пневматической сушилки для глюкозы.Рис. 72. Схема пневматической сушилки для глюкозы.

cam

cam

Рис. 72. Схема пневматической сушилки для глюкозы.

Рис. 72. Схема пневматической сушилки для глюкозы.

Ротор-разрыхлитель представляет собой вал, на который j надеты диски со ступицами. К дискам приварены била. Схема 1 ротора-разрыхлителя приведена на рис. 73. Ниже приводится | техническая характеристика этой пневматической сушилки. 与

Техническая характеристика сушилки

Производительность, т глюкозы в сутки 5—6

Температура воздуха перед разрыхлителем, ℃ . . . .120

Температура воздуха после разрыхлителя, ℃ 60

Давление пара в калорифере, ат 5

Сушилка работает в экспериментальном цехе двойного соединения на Бесланском комбинате с 1961 г.

При строгом соблюдении режимов температуры и загрузки сушилки фугованной глюкозой она работает удовлетворительно; глюкоза получается хорошего качества. Нарушение режи* мов, особенно в подаче глюкозы, отрицательно сказывается на 230

работе сушилки. Если значительно уменьшить *подачу глюкозы, при постоянных количестве горячего воздуха и его температуре, тепло, содержащееся в воздухе, не будет израсходовано на испарение влаги и пойдет на нагревание глюкозы, в результате чего кристаллы будут оплавляться. Подача слишком большого количества глюкозы приведет к недосушке ее. Поскольку пневматическая сушилка для глюкозы особенно чувствительна к изменениям режима, требуется обязательная автоматизация ее регулирования.

Рис. 73. Ротор-разрыхлитель пневматической сушилки.

Одновременно с этим следует отметить, что имеющийся питатель к сушилке с точки зрения точности регулирования подачи продукта очень далек от совершенства и его модернизацией никто не занимается.

Несовершенство -питательной части (в известной степени и выгрузочной) способствует распространению недоверия к пнёвмосушилкам.

Преимущества пневматической сушилки перед барабанными для многих продуктов, в том числе и для глюкозы, несомненны.

Пневматическая сушилка по сравнению с барабанной при высушивании глюкозы на испарение влаги расходует примерно на 15—20% меньше тепла и в 3 раза меньше воздуха. Пневмосушилка в 3--5 раз меньше занимает площади, чем барабанная. Процесс высушивания продукта в пневматической сушилке протекает почти мгновенно, продукт не усревает нагреться, природные качества продукта не изменяются； Регулирование пневматических сушилок легко поддается автоматизации.

Для глюкозных цехов, очевидно, могут быть применены

крахмальные пневмосушилки, например ППС-25 Оренбургского завода, с изменением режимов и небольшими конструктивными переделками.

Исследования А. И. Еремеева опытной пневмосушилки на глюкозе показали, что напряжение объема ротора-разрыхлителя по испаренной влаге при температуре поступающего воздуха 130 ℃ равно 370 ^/（戸.“）（примерно в 100 раз превышает напряжение барабанных сушилок）.

Если температуру воздуха несколько снизить в целях обеспечения более мягкого режима, то напряжение объема разрыхлителя также уменьшится пропорционально снижению температуры поступающего воздуха. Таким образом, если температура воздуха будет принята, например 110 ℃, то напряжение объема R при этой температуре будет

R = ?оп =31 ;长2/（加3.电）.

Объем ротора разрыхлителя определяется по формуле:

У

где W ——количество испаренной влаги, к?/"；

R ——напряжение объема по испаряемой влаге,长2/（儿3・汉）.

При ITW420 кг/ч отношение диаметра d разрыхлителя к его длине I принимается 1,3—1,5. При 步》420 кг/ч принимают

Диаметр соединительных воздухо-продуктопроводов сушилки определяется исходя из движения воздуха в них с весовой скоростью и*р=9—10 &2 сухого воздуха/（Л12*с№）.

Если обозначить количество сухого воздуха, проходящего в час через сечение воздухопровода, через Ав кз/% то площадь сечения воздухопровода F будет:

U 0,7853600t»v-0,785

При весовой скорости и“ = 9——10 кг/（^.2* сек） линейная скорость смеси воздуха, продукта и паров в воздухо-продуктопро- воде будет от 10 до 18 м/сек в зависимости от ее температуры, давления и, следовательно, объема.

Для теплового расчета сушилки принимают следующие исходные данные:

Влажность фугованной глюкозы 叫=15%

Влажность высушенной глюкозы ^2 = 8%

Температура воздуха, поступающего в калорифер (если воздух берется из -помещения)Влагосодержание воздуха, поступающего в калориферТемпература воздуха, поступающего в сушилкуТемпература воздуха, уходящего из сушилки (непосредственно после воздушного циклона)Температура фугованной глюкозыТемпература высушенной глюкозыОсобенно тщательно должноТемпература воздуха, поступающего в калорифер (если воздух берется из -помещения)Влагосодержание воздуха, поступающего в калориферТемпература воздуха, поступающего в сушилкуТемпература воздуха, уходящего из сушилки (непосредственно после воздушного циклона)Температура фугованной глюкозыТемпература высушенной глюкозыОсобенно тщательно должно/о = 2О℃d0= 10 г/кг сухого воздуха 3 = 65%)/1 = 120℃友=55 ℃ /М1=20℃ /% =43 ℃.ыть определено сопротивле/о = 2О℃d0= 10 г/кг сухого воздуха 3 = 65%)/1 = 120℃友=55 ℃ /М1=20℃ /% =43 ℃.ыть определено сопротивле

Температура воздуха, поступающего в калорифер (если воздух берется из -помещения)

Влагосодержание воздуха, поступающего в калорифер

Температура воздуха, поступающего в сушилку

Температура воздуха, уходящего из сушилки (непосредственно после воздушного циклона)

Температура фугованной глюкозы

Температура высушенной глюкозы

Особенно тщательно должно

Температура воздуха, поступающего в калорифер (если воздух берется из -помещения)

Влагосодержание воздуха, поступающего в калорифер

Температура воздуха, поступающего в сушилку

Температура воздуха, уходящего из сушилки (непосредственно после воздушного циклона)

Температура фугованной глюкозы

Температура высушенной глюкозы

Особенно тщательно должно

/о = 2О℃

d0= 10 г/кг сухого воздуха 3 = 65%)

/1 = 120℃

友=55 ℃ /М1=20℃ /% =43 ℃.

ыть определено сопротивле

/о = 2О℃

d0= 10 г/кг сухого воздуха 3 = 65%)

/1 = 120℃

友=55 ℃ /М1=20℃ /% =43 ℃.

ыть определено сопротивле

ние тракта сушилки для правильного выбора вентилятора.

Полный напор вентилятора "& должен соответствовать сумме статического сопротивления тракта и скоростного напора на выходе из вентилятора

Ни = EAS + hg 砌川，

где SAS — сумма местных статических сопротивлений, ка/л:?; hg ——скоростной напор на выходе из вентилятора, ка]/*

Местные сопротивления складываются из： сопротивления воздушного фильтра ASi, сопротивления калориферной установки AS2, сопротивления ротора-разрыхлителя AS3, сопротивления соединительных воздухо-продуктопроводов AS% сопротивления циклона-отделителя AS5, сопротивления скруббера А5б.

По опытным данным А. И. Еремеева, сопротивление ротора- разрыхлителя А$з = 40 кг/м1.

Для скруббера типа, применяемого на Бесланском маисовом комбинате, AS6 = 20 кз/лЛ

Сопротивление воздушного фильтра ASi, калорифера AS2 и циклона AS5 зависит от скорости воздуха, его количества и напора и определяется по справочным данным для этого оборудования.

Сопротивление воздухо-продуктопроводов AS4 определяется по формуле:、「

肾+%)眷(1—К/)+ (у кг/л2,

где % — коэффициент сопротивления трению о стенки воздуховода при движении воздуха;

，——длина воздуховода,九；

d — диаметр воздуховода, At;

J 工自——сумма коэффициентов местных сопротивлений； уСр ——средний удельный вес воздуха на расчетном участке, ?ср — средняя скорость воздуха на участке, м)сек\ g — ускорение силы тяжести, м/сек^\

К ——коэффициент, зависящий от свойств материала;

ц,——весовая концентрация перемещаемой смеси, равная отношению веса примесей к весу воздуха, кг/кг；

/п — длина вертикального участка трубы-сушилки;

V ——объемная концентрация смеси, равная отношению веса примесей к объему воздуха, &已/川.

Величины 儿 工自，К определяются с помощью таблиц и номограмм, приводимых в специальной литературе [12].

' Для расчета глюкозной сушилки А. И. Еремеев принимал К=1,2. Учитывая абразивность глюкозных кристаллов и сравнительно большой удельный вес глюкозы, коэффициент К можно брать несколько ниже, -примерно 0,8—1,0.

В дальнейшем необходимо экспериментально уточнить величину коэффициента К как для глюкозы, так и для других крахмалопродуктов, высушиваемых в пневмосушилках или транспортируемых пневмотранспортерными системами.

Скоростной напор на выходе из вентилятора определяется по формуле

где у/2——удельный вес воздуха при выходе из вентилятора, т. е. при температуре 友；

у^ — скорость воздуха на выходе из вентилятора, м/сек; g ——ускорение силы тяжести, м/се^.

Определив полный напор при рабочих условиях HR, найдем приведенный полный напор //^рив при стандартных условиях "产-К?抬 кг!м\

о 1,293 Т2 760

где—• — •—,

?о т1 8

Yo=1,O8 左2/局лР — удельный вес отработанного воздуха;

Т】=介 + 273 — абсолютная температура воздуха в помещении;

Т2 = %2 + 273 — абсолютная температура воздуха, выхо-дящего из сушилки;

В — среднее барометрическое давление в данной местности, мм рт. ст.

По Hjjphb производится подбор вентилятора по давлению с некоторым запасом (20—25%).

Отчет ВНИИК по теме № 2147 за 1963 г.Рихтер В. А. Снижение потерь в паточном производстве. «Сахар* ная промышленность», 1962, №12.Сипягин А. С., Милютин А. А. и др. Технология крахмало-паточного производства. Пищепромиздат, 1950.К о л а ч Т. А., Р а д у н Д. В. Выпарные станции.Митрофанов В. П. Интенсификация процесса ных сиропов. «Пищевая промышленность», 1960, № 2 (1).Отчет ВНИИК по теме № 2147 за 1963 г.Рихтер В. А. Снижение потерь в паточном производстве. «Сахар* ная промышленность», 1962, №12.Сипягин А. С., Милютин А. А. и др. Технология крахмало-паточного производства. Пищепромиздат, 1950.К о л а ч Т. А., Р а д у н Д. В. Выпарные станции.Митрофанов В. П. Интенсификация процесса ных сиропов. «Пищевая промышленность», 1960, № 2 (1).ЛИТЕРАТУРА

Отчет ВНИИК по теме № 2147 за 1963 г.

Рихтер В. А. Снижение потерь в паточном производстве. «Сахар* ная промышленность», 1962, №12.

Сипягин А. С., Милютин А. А. и др. Технология крахмало-паточного производства. Пищепромиздат, 1950.

К о л а ч Т. А., Р а д у н Д. В. Выпарные станции.

Митрофанов В. П. Интенсификация процесса ных сиропов. «Пищевая промышленность», 1960, № 2 (1).

Отчет ВНИИК по теме № 2147 за 1963 г.

Рихтер В. А. Снижение потерь в паточном производстве. «Сахар* ная промышленность», 1962, №12.

Сипягин А. С., Милютин А. А. и др. Технология крахмало-паточного производства. Пищепромиздат, 1950.

К о л а ч Т. А., Р а д у н Д. В. Выпарные станции.

Митрофанов В. П. Интенсификация процесса ных сиропов. «Пищевая промышленность», 1960, № 2 (1).

Машгиз, 1963. выпаривания паточ-

Ж у р а В. К- Диаграмма процесса теплообмена для выпарной уста* новей глюкозного завода. «Пищевая промышленность», 1960, № 2 (10).

Трегубов Н. Н., Б ал ант ер И. И. и др. Проектирование предприятий крахмало-паточной промышленности. Изд-во «Пищевая промышленность», 1964.

Баканов Н. А., Бурман М. Е., Солнцева Н. В. Справочник по крахмало-паточному производству. Пищепромиздат, 1961.

Г у л ьг й И. С. Интенсивность теплообмена при охлаждении утфеля в крист алл и заторах. «Сахарная промышленность», 1965, № 12.

Отчет ЦНИИКПП по теме № 3 за 1946 г. (исполнители: проф. Ралль С. Ф., ст. научн. сотрудник Семенова Т. В.).

Еремеев А. И. Пневматические сушилки мгновенного действия. ЦИНТИПищепром, 1963.

Рысин С. А. Вентиляционные установки машиностроительных за-

водов. Справочник, Машгиз, 1965.

СОДЕРЖАНИЕ

РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ

ТЕХНОЛОГИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ГЛЮКОЗЫ

Глава /. Физические и химические свойства глюкозы (инж. Малы- жев А. А.)3

Глава II. Применение кристаллической глюкозы в отраслях пищевой промышленности (инж. Малыжев А. Д.)8

Глава III. Существующие технологические схемы производства кристаллической глюкозы (канд.техн,наукЖарова Е.兄)10

Принципиальная схемапроизводства10

Способы и технологические схемы производства кристаллической глюкозы11

Литература28

РАЗДЕЛ ВТОРОЙ

ПРОИЗВОДСТВО КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ глюкозы

ПО ПРЯМОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ (КЛАССИЧЕСКИМ СПОСОБОМ)

Глава /. Крахмал как сырье для производства кристаллической глюкозы (инж. Малыжев 4 4.)31

Глава 〃. Осахаривание крахмала (канд. техн, наук Ладур Т. 4)..33

Реакция гидролиза крахмала35

Реакция реверсии глюкозы36

Реакция разложения глюкозы38.

Осахаривание крахмала в производстве44

Литература49

Глава III. Нейтрализация глюкозного сиропа (инж.МалыжевД.А.).49

Глава /V. Очистка и уваривание глюкозных сиропов (инж. Малыжев 4 А.)52

Механическая фильтрация нейтрализованныхглюкозныхсиропов.52

Глава V. Физико-химические основы процесса кристаллизации глюкозы (канд. техн, наук Жарова ЕН)59

Растворимость глюкозы60

Коэффициент насыщения60

Коэффициент пересыщения 61

Вязкость глюкозных растворов62

Вязкость глюкозных утфелей63

Форма кристаллов64

Процесс кристаллизации глюкозы65

Факторы, влияющие на скорость кристаллизации глюкозы67

Кристаллизация глюкозы в производстве74

Литература78

Глава VI. Основы расчета продуктов производства кристаллической глюкозы по прямой кристаллизации (канд. техн, наук Ладур Т. Л.)..78

РАЗДЕЛ ТРЕТИИ

ПРОИЗВОДСТВО КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ глюкозыЧЕРЕЗ ЕЕ ДВОЙНОЕ СОЕДИНЕНИЕ С ХЛОРИСТЫМ НАТРИЕМ

Глава /. Общие сведения о двойном соединении глюкозы с хлористым натрием (канд. техн, наук Жарова Е 兄)87

Литература93

Глава 77. Образование двойного соединения глюкозы с хлористым нат

рием (канд. техн, наук Жарова Е. Я.)94

Равновесная система глюкоза ——хлористый натрий ——вода94

Влияние хлористого натрия на растворимость глюкозы и вязкость ее насыщенных растворов97

Зависимость растворимости хлористого натрия и вязкости его насыщенных растворов от концентрацииглюкозы100

Литература102

Глава 777、 Кристаллизация двойного соединения глюкозы с хлористым натрием (канд. техн, наук Жарова Е Я.)

О некоторых свойствах двойного соединения

Факторы, влияющие на скорость кристаллизации

Выбор способа кристаллизации двойного соединения глюкозы с хлористым натрием Литература Глава IV. Физико-химические основы процесса разложения двойного соединения глюкозы с хлористым натрием (канд. техн, наук Ладур Т. 4.)

Интервалы превращения . •

Электропроводность и оптическая активность растворов двойного соединения .. •

Температурные изменения в процессе разложения

О растворимости двойного соединения

• Влияние глюкозы и хлористого натрия на растворимость двойного соединения в процессе разложения Глава V. Оптимальные условия проведения процесса разложения (канд.

техн, наук Ладур Т. 4)

Продолжительность'

Влияние pH среды

Перемешивание .

Количество воды на разложение и температура Выход кристаллов глюкозы Форма и размер кристаллов глюкозы Разложение двойного соединения в производственных условиях . Литература Глава VI. Центрифугирование, сушка, рассев и хранение кристаллической глюкозы (инж. Малыжев Д. Д.)

Глава VII. Принципиальная схема производства глюкозы из крахмала через ее двойное соединение (инж. Малыжев 4. А.) .....

Характеристика кристаллической глюкозы .......

Применение гидрола

Литература

Глава VIII. Производство кристаллической глюкозы из муки зерновых культур (инж. Малыжев 4. Д.)

1021021081151171021021081151171181Ш1211261271311181Ш121126127131133133135136137139140144146133133135136137139140144146147147150154155157157150154155157157161161Глава /X. Продуктовый расчет производства кристаллической глюкозы через ее двойное соединение с хлористым натрием (канд. техн, наук Ладур Т. 4)

102

102

108

115

117

102

102

108

115

117

118

1Ш

121

126

127

131

118

1Ш

121

126

127

131

133

133

135

136

137

139

140

144

146

133

133

135

136

137

139

140

144

146

147

147

150

154

155

157

157

150

154

155

157

157

161

161

16966 991944858889а 6011222311111 2222222216966 991944858889а 6011222311111 22222222

16966 99194485

8889а 60112223

11111 22222222

16966 99194485

8889а 60112223

11111 22222222

РАЗДЕЛ ЧЕТВЕРТЫЙ

ОБОРУДОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВА КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ГЛЮКОЗЫ (Шамборант Г. Г.)

■Глава /. Оборудование для гидролиза продуктов в глюкозном производстве

Конверторы

Аппараты для непрерывного гидролиза

Тепловой расчет

Г лава II. Оборудование для выпаривания сиропов

Выпарки и вакуум-аппараты

Г лава Ш. Оборудование для охлаждения, кристаллизации сиропов и разложения двойного соединения Холодильник Кристаллизаторы Аппарат для разложения двойного соединения

Г лава /V. Оборудование для обезвоживания глюкозы

Центрифуги

Сушилки для глюкозы

-Литература

Елизавета Яковлевна Жарова, Тамара Алексеевна Ладур,Александр Андреевич Малыжев, Георгий Георгиевич Шамборант

ПРОИЗВОДСТВО КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ЕЩ052|^НЗ КРАХМАЛА

Редактор В. К. ФуксХудож. редактор С. R Нак.

Художник Н. А. УсачёвТехн, редактор Г. Г. Абрамова

Корректоры: Ксюнина 3. С., Иванова Г. М.

Т-05304 Сдано в набор 17/Х 1966 г. Подписано к печати 3/IV 1967 г.

Формат 60X90716 Объем 15 п. л. Уч.-изд. д. 14,95 Тираж 2000 экз.

Цена 85 коп. Бумага № 2 Изд. № 4130

Зак. 835 Тем. план 1967 г., п/№ 15

Издательство «Пищевая промышленность», Б-120, Мрузовский пер., 1.

Московская типография № 6 ГлавполиграфпромаКомитета по печати при Совете Министров СССРМосква, Ж-88, 1-й Южно-портовый пр., 17.

Е. Я. ЖАРОВА, Т. А. ЛАДУР, А. А. МАЛЫШЕВ, Г. Г. ШАМБОРАНТ

Производство кристаллической глюкозы из крахмала

ИЗДАТЕЛЬСТВО

Л|Пищевая промышленность11

Моск ва-1967

В книге изложена технология кристаллической глюкозы, применяемая в нашей стране и на передовых зарубежных предприятиях, а также описан новый способ производства глюкозы — методом двойного соединения глюкозы с хлористым натрием,— разработанный во ВНИИКе.

Приведен расчет продуктов по всем стадиям этих двух способов производства, необходимый для проектных работ.

Дано описание конструкций и характеристики основного технологического оборудования, применяемого в настоящее время при производстве кристаллической глюкозы.

Книга предназначена для инженерно-технических работников крахмало-паточной промышленности, а также для работников, занимающихся проектированием крахмало-глюкозных, предприятий.

Рецензенты:

доктор техи. наук, проф. В. А. СМИРНОВ, ииж.-технолог Б, К. БЫЧКОВ

3-17-6

15-67